MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Nghiên cứu trong nước Trong thời gian qua, công nghệ thiết kế chế tạo của ngành cơ khí chính xác dù đã có nhiều đầu tư đổi mới như các loại máy CNC nhiều trục đã được trang bị tại các viện, trường, doanh nghiệp. Bước đầu cũng đã có những đề tài nghiên cứu, thực hiện như: 1.1 Luận văn “ Tính toán quy đạo chạy dao 5 trục trên các bề mặt cong phức tạp” năm 2009, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn chủ yếu tập trung vào giải thuật tính toán đường chạy dao 3, 5 trục dựa vào mô hình hình học .STL của chi tiết, và thực hiện gia công thử nghiệm với kết quả tính toán đường chạy dao 3 trục.
Luận văn này chưa đi sâu tính toán đường chạy dao 5 trục mà tập trung vào phương pháp tính toán tạo ra đường chạy dao 3 trục. Đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thiết kế ngược, Công nghệ phay CNC 5 trục phục vụ thiết kế, gia công chính xác bề mặt phức tạp” năm 2009, Trung tâm Thiết kế chế tạo thiết bị mới Nội dung bao gồm: - Kỹ thuật thiết kế ngược, quy trình lấy mẫu, mô hình hoá bề mặt… - Tìm hiểu phần mềm Delcam Powermill và ứng dụng gia công chi tiết - Hướng dẫn vận hành máy phay 5 trục hệ điều khiển HAAS Đề tài chủ yếu nghiên cứu về thiết kế ngược, phần mềm Delcam Powermill trợ giúp gia công 5 trục, và đã thực hiện gia công chi tiết chân vịt tàu thuỷ. Đề tài chưa nghiên cứu phương phương pháp tính toánquỹ đạo chạy dao 5 trục, dung sai gia công. Nghiên cứu ngoài nước.
1 Luan van Có rất nhiều đề tài ở học viện, trường đại học… chủ yếu tập chung vào vấn đề như: Tối ưu hoá đường chạy dao 5 trục, hoặc phương pháp tính toán đường chạy dao 5 trục… Kết luận: Chưa có nghiên cứu trong nước về vấn đề như phương pháp sinh quỹ đạo chạy dạo, công nghệ gia công các bề mặt phức tạp trên máy phay 5 trục hệ điều khiển Heidenhain 530, sai số bề mặt bề mặt gia công. Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay, máy điều khiển chương trình số (CNC) không còn là mới trong nền công nghiệp Việt nam. Đại đa số các công ty, xưởng gia công cơ khí đều trang bị ít nhiều máy CNC, vì sự tiện lợi, dễ thay đổi chương trình gia công, thời gian gia công thấp, độ chính xác cao và không cần thợ tay nghề cao. Tuy nhiên, đối với những chi tiết có hình dáng phức tạp thì vẫn phải đòi hỏi thợ tay nghề cao, nhiều lần gá đặt, độ chính xác thấp.
Với đề tài “Nghiên cứu gia công chi tiết phay ứng dụng máy phay 5 trục UCP”, người thực hiện đã nghiên cứu, ứng dụng và đưa ra giải pháp gia công trên máy phay 5 trục, giải quyết được một số vấn đề khó khăn thường gặp phải khi gia công. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Ý nghĩa khoa học Đề tài nghiên cứu về công nghệ gia công cắt gọt trên máy 5 trục với các chi tiết có hình dáng hình học phức tạp, nhằm mục đích rút ngắn các nguyên côngkhi phải cắt gọt cùng chi tiết trên máy CNC 3 trục, giảm sai số, tăng độ chính xác, tăng độ bóng và giảm thời gian gia công. Ý nghĩa thực tiễn.
Nghiên cứu công nghệ gia công cắt gọt trên máy 5 trục để gia công được những bề mặt có hình dáng phức tạp, tối ưu hoá các bước gia công, và độ chính xác, đạt hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế cao. Vì thế, đề tài có tính ứng dụng trong gia công các chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao, hoặc các chi tiết có bề mặt cong phức tạp. Phương pháp nghiên cứu. - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyếtgồm: Phương trình toán học đường và mặt cong Bezier. Giải thuật tính toán đường chạy dao. Ứng dụng phần mềm CAM để gia công chi tiết Cấu tạo máy UCP 5 trục, lập trình và vận hành máy UCP 5 trục. - Nghiên cứu thực nghiệm gia công trên máy phay UCP 5 trục tại Trung tâm Công Nghệ Cao: Lập trình vị trí,gia công chi tiết 1.
Lập trình 5 trục đồng thời, gia công chi tiết 2. Lập trình 5 trục đồng thời, gia công chi tiết 3. Nội dung nghiên cứu Các nội dung cụ thể cần nghiên cứu: - Lý thuyết tính toán quỹ đạo chạy dao. - Nghiên cứu các lệnh lập trình 5 trục vị trí.
- Nghiên cứu gia công 5 trục với sự hỗ trợ của phần mềm DP Esprit 2010 - Thử nghiệm và đánh giá kết quả. 3 Luan van Chƣơng 2 PHƢƠNG THỨC LẬP TRÌNH GIA CÔNG 5 TRỤC 2.1 Các khái niệm cơ bản 2. Độ chính xác gia công. Chất lượng bề mặt.2 Lập trình gia công vị trí (3 + 2).
Phương pháp lập trình 2.3Lập trình gia công 5 trục. Phương pháp lập trình 4 Luan van 2. Các khái niệm cơ bản 2. Các điểm Chuẩn: Chuẩn (lập trình, chuẩn phôi…): thường dùng để mô tả vị trí gốc của hệ toạ độ, được tạo bởi dịch chuyển, xoay hay có một tỉ lệ nào đó so với hệ toạ độ gốc.
Chuẩn bao gồm: a. Chuẩn lập trình (G54 – G59, Cycle 247 trong Heidenhain) c. Chuẩn tuỳ biến (G52, G92, Cycle 7trong Heidenhain) : Chuẩn máy (Machine coordinate system) : Chuẩn phôi (Workpiece coordinate system) Hình 2.1: Chuẩn gia công Máy 5 trục thường dùng để gia công cắt gọt những chi tiết đòi hỏi dung sai giữa bề mặt cao. Để dễ dàng và thuận lợi hơn trong việc gia công những chi tiết đó thì chuẩn phôi sẽ được thiết lập trên các mặt ngiêng.
Như vậy, các lệnh di chuyển cắt gọt sẽ phụ thuộc vào hệ toạ độ mới này.2, chuẩn phôi G54 (G55 – G59, Cycle 247) được thiết lập trên mặt phẳng nghiêng, chương trình được lập trình gia công các lỗ, hốc dựa vào chuẩn phôi này, các trục máy sẽ quay bàn máy sao cho mặt nghiêng này vuông góc với hướng trục của dao. Tiếp tục, trên các mặt phẳng khác, hệ trục toạ độ cũng được thiết lập và chương trình được lập trình theo hệ tạo độ mới này. Phương và chiều của các trục X, Y, Z ở mỗi hệ toạ độ vẫn thoả mãn quy tắc bàn tay phải. 5 Luan van Hình 2.2 : Thiết lập chuẩn phôi và lập trình 2.
Độ chính xác gia công. - Trƣờng hợp gia công 3 trục: Trường hợp này máy 5 trục làm việc trong điều kiện giống máy phay 3 trục thì sẽ cho kết quả về độ chính xác bề như nhau.3: Dung sai bề mặt gia công 6 Luan van (𝑡𝑜𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎) (𝑡𝑜𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎)2 − (𝑟𝑠𝑜)2 𝑐𝑢𝑠𝑝 ℎ𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 = − (3.1) 2 4 Với công thức (3.1), để chiều cao nhấp nhô thấp, phải giảm lượng dịch chuyển ngang (radial stepover), hoặc tăng đường kính dao (đối với bề mặt không có góc bo lớn đường kính dao) Độ chính xác còn phụ thuộc vào lượng dung sai cho phép trong phần mềm CAM Hai bề mặt (Hình 2.4 a,b) được gia công với cùng điều kiện: cùng máy CNC, cùng tốc độ, cùng dao, cùng thông số công nghệ,. chỉ 1 điều kiện khác là được thiết lượng dung sai khác nhau. Sau gia công, bề mặt được tao ra có chiều cao nhấp nhô bề mặt khác nhau rất rõ.008mm (b) Dung sai 0.4: Dung sai bề mặt sau khi gia công (Trích HaasCNC.com) - Trƣờng hợp gia công 5 trục: với những bề mặt nghiêng hoặc bề mặt tự do phức tạp, nếu được gia công trên máy 5 trục sẽ đạt được kết quả nhẵn bóng, chính xác hơn nhiều so với máy 3 trục thông thường.
Máy 5 trục cho phép trục dao có thể được điều khiển theo hướng thích hợp với pháp tuyến của mặt cong tại điểm tiếp xúc, điều này cho phép tăng độ chính xác gia công so với máy 3 trục, giảm sai số giữa bề mặt thiết kế và bề mặt gia công - Xem Hình 2.5 (a) biểu diễn hai đường chạy dao của máy 3 trục trong khi đang leo (hay tuột) dốc của một bề mặt gia công, Hình 2.5(b) cũng trên bề mặt này, biểu diễn đường chạy dao của máy 5 trục,nhưng bởi khả năng " nghiêng ngã " của hai trục xoay nên dụng cụ cắt sẽ được điều chỉnh thẳng góc với trục của dụng 7 Luan van cụ cắt gọt trong mức độ có thể cho phép để gần như đang cắt trên mặt phẳng ngang. - So sánh hai hình (a), (b) có thể thấy rõ, máy 3 trục có bước tiến ngang ( ở phương X, hoặc Y ) là hai cạnh góc vuông,còn ở máy 5 trục bước tiến ngang là cạnh huyền. Như vậy, trong gia công bề mặt nghiêng,để có độ nhám giống nhau thì bước tiến ngang của máy 3 trục phải nhỏ hơn của máy 5 trục theo một tỉ lệ xác định (b) Gia công bề mặt nghiên trên máy (a) Gia công bề mặt nghiên trên máy CNC 5 trục CNC 3 trục Hình 2.5 :Gia công bề mặt nghiên trên máy CNC 2. Chất lƣợng bề mặt.
Chuỗi quá trình CAD – CAM – CNC: - CAD – CAM: Để gia công cắt gọt những bề mặt tự do, đòi hỏi phải có thông số hình học bề tự do cần gia công, phải sử dụng CAD để thiết kế, sau đó phần CAM sẽ sử dụng những dữ liệu mà phần mềm CAD làm được. - CAM (post processor) CNC: Quá trình này rất quan trọng trong lập trình và điều khiển máy cnc 8 Luan van : Bề mặt được vẽ trên phần mềm CAD : Bề mặt sau khi phần mềm CAM phân tích thành những mặt phẳng nhỏ Hình 2.6 Bề mặt gia công Những phần mềm CAD hoặc những modul CAD hỗ trợ rất mạnh trong việc thiết kế những bề mặt tự do, trơn láng theo các dạng phương trình đường cong Bezer, B-Spline, Nurbs…, phương trình các mặt cong Bezier, B-Spline… nhưng khi chuyển qua phần mềm CAM (hoặc modul CAM) thì bề mặt này sẽ được phân tích thành mặt tam giác, như vậy sẽ khó tránh khỏi những sai lệnh trong gia công.7Lệnh nội suy đường thẳng được tạo ra Chương trình biên dịch (PostProcessor) sẽ dựa vào những mặt tam giác đó để tạo ra những lệnh nội suy đường thẳng G1 (lệnh L trong Heidenhain ). Những 9 Luan van mặt tam giác phụ thuộc vào dung sai cho phép trong phần CAM, dung sai cho phép lớn thì mặt lưới tam giác được chia lớn, số câu lệnh được biên dịch ít, dung sai nhỏ thì mặt tam giác được chia cũng nhỏ, số câu lệnh được biên dịch nhiều. Điều này có ảnh hưởng lớn đến thời gian gia công và bề mặt chi tiết sau gia công.