Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu lựa chọn dụng cụ và đường dùng cụ trong sáng tạo hình bề mặt tự do trên máy phay CNC 3 trục

• Tác giả: Hoàng Văn Quý
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Ngọc Tuyên
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu lựa chọn dụng cụ và đường dùng cụ trong tạo hình bề mặt tự do trên máy phay CNC 3 trục
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• 1.2. DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1.3. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• 1.4. MỞ ĐẦU
• 2. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG MẶT TỰ DO
• 2.1. Mặt tự do và ứng dụng của mặt tự do
• 2.2. Lịch sử phát triển
• 2.3. Ứng dụng đường, mặt tự do
• 2.4. Ứng dụng đường, mặt tự do trong thiết kế
• 2.5. Ứng dụng đường, mặt tự do trong gia công
• 2.6. Quá trình gia công tạo hình bề mặt tự do
• 2.7. Dụng cụ và đường dụng cụ khi gia công mặt tự do
• 2.8. Kiểu dụng cụ sử dụng trong gia công mặt tự do
• 2.8.1. Dao phay ngón đầu phẳng
• 2.8.2. Dao phay ngón đầu cầu
• 2.8.3. Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn
• 2.8.4. Dao phay ngón thân côn
• 2.9. Đường dụng cụ khi gia công mặt tự do. Các kiểu đường dụng cụ cơ bản
• 2.10. Các thông số cơ bản của đường dụng cụ
• 2.11. Phương pháp tính toán sinh đường dụng cụ. Phương pháp sinh đường dụng cụ trên cơ sở điểm tiếp xúc (CC-Based)
• 2.12. Phương pháp sinh đường dụng cụ trên cơ sở điểm định vị dụng cụ (CL-Based)
• 2.13. Tổng quan tình hình nghiên cứu gia công mặt tự do trên máy phay CNC
• 2.13.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
• 2.13.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.13.3. Đánh giá tình hình nghiên cứu phương pháp gia công mặt tự do và đề xuất hướng nghiên cứu của luận án
• 3. PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN ĐƯỜNG VÀ MẶT TỰ DO TRONG CÁC HỆ THỐNG CAD/CAM
• 3.1. Biểu diễn đường tự do trong hệ thống CAD/CAM. Các phương pháp biểu diễn toán cơ bản của đường tổng quát
• 3.1.1. Biểu diễn đường cong Bezier
• 3.1.2. Biểu diễn đường cong B-spline
• 3.2. Biểu diễn mặt tự do trong hệ thống CAD/CAM
• 3.2.1. Phương pháp biểu diễn mặt dưới dạng mô hình đa thức dạng tham số
• 3.2.2. Mô hình toán biểu diễn mảnh mặt Ferguson. Mô hình mảnh mặt Bezier
• 3.2.3. Phương pháp biểu diễn mặt dưới dạng mô hình nội suy ranh giới mảnh mặt
• 3.2.4. Biểu diễn mặt tự do bằng mô hình mặt kẻ
• 3.2.5. Biểu diễn mặt tự do bằng mô hình mặt Coon
• 3.2.6. Phương pháp biểu diễn mặt dưới dạng mô hình mảnh quét
• 3.2.6.1. Mảnh mặt trượt tịnh tiến. Mảnh mặt quay
• 3.2.7. Phương pháp biểu diễn mặt dưới dạng tứ giác
• 3.2.8. Mảnh mặt B - spline
• 3.2.9. Biểu diễn toán học bề mặt NURBS
• 3.2.9.1. Đạo hàm của mặt NURBS
• 3.2.10. Công cụ mô phỏng một số mặt cơ bản sang dạng mặt tự do
• 3.3. Cấu trúc tệp (file) biểu diễn mặt theo định dạng IGES trong CAD/CAM
• 3.3.1. Cấu trúc của file IGES
• 3.3.2. Biểu diễn một số đối tượng theo định dạng file IGES
• 4. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN DỤNG CỤ TRONG GIA CÔNG TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC
• 4.1. Ảnh hưởng của dụng cụ khi tạo hình bề mặt trên máy phay CNC
• 4.2. Xây dựng phương án lựa chọn dụng cụ cắt hợp lý để gia công tạo hình mặt tự do
• 4.3. Phân vùng mặt tự do. Lựa chọn dụng cụ hợp lý tương ứng với từng phân vùng
• 4.4. Xác định ranh giới tương ứng với mỗi phân vùng cục bộ
• 4.5. Thí nghiệm đánh giá kết quả
• 4.6. Đề xuất phương án gia công với bề mặt đã phân vùng
• 5. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN ĐƯỜNG DỤNG CỤ TRONG GIA CÔNG TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC
• 5.1. Xây dựng thực nghiệm Taguchi đánh giá ảnh hưởng của đường dụng cụ tới chất lượng tạo hình bề mặt tự do
• 5.1.1. Phương pháp Taguchi
• 5.1.2. Xây dựng thực nghiệm
• 5.1.3. Điều kiện thực nghiệm
• 5.1.4. Lựa chọn thông số đầu vào và xây dựng mảng trực giao Taguchi
• 5.2. Đề xuất phương án xác định đường dụng cụ

Tóm tắt

I. Nghiên cứu dụng cụ CNC

Phần này tập trung vào nghiên cứu dụng cụ CNC trong quá trình gia công bề mặt tự do trên máy phay CNC 3 trục. Các loại dụng cụ như dao phay ngón đầu phẳng, dao phay ngón đầu cầu, và dao phay ngón thân côn được phân tích kỹ lưỡng. Mỗi loại dụng cụ có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại bề mặt gia công. Việc lựa chọn dụng cụ phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình gia công, giảm thiểu sai số và nâng cao chất lượng bề mặt.

1.1. Phân loại dụng cụ phay CNC

Các dụng cụ phay CNC được phân loại dựa trên hình dạng và chức năng. Dao phay ngón đầu phẳng thích hợp cho gia công bề mặt phẳng, trong khi dao phay ngón đầu cầu được ưu tiên cho bề mặt cong phức tạp. Dao phay ngón thân côn thường được sử dụng trong gia công các chi tiết có góc nghiêng hoặc bề mặt không đồng đều.

1.2. Ảnh hưởng của dụng cụ đến chất lượng bề mặt

Việc lựa chọn dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám và độ chính xác của bề mặt gia công. Dao phay ngón đầu cầu thường cho độ nhám thấp hơn so với dao phay ngón đầu phẳng khi gia công bề mặt cong. Ngoài ra, thông số kỹ thuật của dụng cụ như góc cắt và vật liệu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng bề mặt.

II. Đường dùng cụ phay CNC

Phần này nghiên cứu về đường dùng cụ phay CNC trong quá trình gia công bề mặt tự do. Các phương pháp sinh đường dụng cụ như phương pháp điểm tiếp xúc (CC-Based) và phương pháp điểm định vị dụng cụ (CL-Based) được trình bày chi tiết. Việc tối ưu hóa đường dụng cụ giúp giảm thời gian gia công và nâng cao độ chính xác của sản phẩm.

2.1. Các kiểu đường dụng cụ cơ bản

Các kiểu đường dụng cụ cơ bản bao gồm đường thẳng, đường cong và đường xoắn ốc. Mỗi kiểu đường có ứng dụng riêng trong gia công bề mặt tự do. Ví dụ, đường xoắn ốc thường được sử dụng để gia công các bề mặt cong phức tạp, trong khi đường thẳng phù hợp với bề mặt phẳng.

2.2. Tối ưu hóa đường dụng cụ

Tối ưu hóa đường dụng cụ là quá trình điều chỉnh các thông số như bước tiến, tốc độ cắt và hướng di chuyển của dụng cụ để đạt được chất lượng bề mặt tốt nhất. Phương pháp Taguchi được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của các thông số này đến kết quả gia công.

III. Sáng tạo hình bề mặt tự do

Phần này tập trung vào sáng tạo hình bề mặt tự do trên máy phay CNC 3 trục. Các phương pháp biểu diễn bề mặt tự do như mô hình Bezier, mô hình B-spline và mô hình NURBS được trình bày chi tiết. Việc sử dụng các mô hình này giúp tạo ra các bề mặt phức tạp với độ chính xác cao.

3.1. Biểu diễn bề mặt tự do

Các phương pháp biểu diễn bề mặt tự do bao gồm mô hình đa thức dạng tham số, mô hình mặt kẻ và mô hình mặt Coon. Mỗi phương pháp có ưu điểm riêng trong việc mô tả các bề mặt phức tạp. Ví dụ, mô hình NURBS được ưa chuộng do khả năng biểu diễn chính xác các bề mặt cong.

3.2. Ứng dụng trong thiết kế và gia công

Các mô hình bề mặt tự do được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và gia công các chi tiết máy, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không. Việc sử dụng các mô hình này giúp giảm thiểu thời gian thiết kế và nâng cao độ chính xác của sản phẩm.

IV. Máy phay CNC 3 trục

Phần này nghiên cứu về máy phay CNC 3 trục và ứng dụng của nó trong gia công bề mặt tự do. Các đặc điểm kỹ thuật của máy phay CNC 3 trục như độ chính xác, tốc độ gia công và khả năng xử lý bề mặt phức tạp được phân tích chi tiết. Máy phay CNC 3 trục là công cụ không thể thiếu trong sản xuất các chi tiết máy có độ phức tạp cao.

4.1. Đặc điểm kỹ thuật

Máy phay CNC 3 trục có khả năng di chuyển theo ba trục X, Y và Z, cho phép gia công các bề mặt phẳng và cong. Độ chính xác của máy phụ thuộc vào hệ thống điều khiển và chất lượng các bộ phận cơ khí. Các máy phay hiện đại thường được trang bị hệ thống điều khiển CNC với độ chính xác cao.

4.2. Ứng dụng trong gia công bề mặt tự do

Máy phay CNC 3 trục được sử dụng rộng rãi trong gia công các bề mặt tự do phức tạp, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không. Việc sử dụng máy phay CNC 3 trục giúp giảm thiểu thời gian gia công và nâng cao độ chính xác của sản phẩm.

V. Quy trình phay CNC

Phần này trình bày về quy trình phay CNC trong gia công bề mặt tự do. Các bước trong quy trình bao gồm chuẩn bị dụng cụ, lập trình CNC, gia công và kiểm tra chất lượng. Việc tuân thủ quy trình giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm thiểu sai sót trong quá trình gia công.

5.1. Chuẩn bị dụng cụ và lập trình CNC

Chuẩn bị dụng cụ và lập trình CNC là bước quan trọng đầu tiên trong quy trình phay CNC. Việc lựa chọn dụng cụ phù hợp và lập trình chính xác giúp đảm bảo chất lượng gia công. Các phần mềm CAD/CAM thường được sử dụng để lập trình CNC.

5.2. Gia công và kiểm tra chất lượng

Gia công và kiểm tra chất lượng là bước cuối cùng trong quy trình phay CNC. Các phương pháp kiểm tra như đo độ nhám và độ chính xác được áp dụng để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật.