CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Phát triển mạnh mẽ nhất là các nước Mỹ, Nhật, Đức, gần đây là các nước như Đài Loan, Trung Quốc, Hàn Quốc sản phẩm máy CNC rất đa dạng nhiều chủng loại, phong phú về khả năng sản xuất. Một số hãng sản xuất nổi tiếng như HAAS Automation, Fanuc, Mitshubishi, Akira-Seiki, Yamazaki-Mazak, Doosan … 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Hiện nay, ngành khuôn mẫu và ngành nhựa của Việt Nam đang phát triển rất mạnh. Những khuôn mẫu đơn giản thì có thể gia công bằng tay máy hoặc máy vạn năng, song để tạo ra các khuôn mẫu, chi tiết máy phức tạp thì bắt buộc phải gia công trên các máy công cụ điều khiển số CNC (gọi tắt là máy CNC). Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng.
Kĩ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác. Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác. Một số máy CNC hiện đại có thể sản xuất hàng nghìn chi tiết máy trong vài ngày mà không cần người vận hành. Trên thị trường Việt Nam, các máy CNC do Đài Loan và Trung Quốc sản xuất có phần điều khiển mua của các hãng nổi tiếng như FANUC, MITSHUBISHI,.
có giá bán khá phù hợp với đại đa số các doanh nghiệp trong nước song còn yếu các khâu như đào tạo, dịch vụ sửa chữa và thay thế sau bán hàng, chất lượng còn chưa đồng đều. GVHD: THÁI THỊ THU HÀ Trang 5 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÚY MSHV: 09040382 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phân vùng bề mặt gia công trên máy CNC 3+2 Máy CNC của các nước phát triển như Nhật, CHLB Đức,. có chất lượng tốt song giá thành đắt, rất khó bảo trì bảo dưỡng. Giá thành cao, nhu cầu lại lớn nên ở TP Hồ Chí Minh đã hình thành những công ty và nhóm chuyên gia chuyên lắp ráp máy CNC cũ /hỏng thành máy mới.
Ngoài ra, một số công ty cơ khí cũng bắt đầu tự nhập bộ điều khiển và chế tạo phần cơ để cho ra đời những chiếc máy CNC “sản xuất tại Việt Nam” đầu tiên. Tuy nhiên do chưa nắm vững công nghệ trong việc quản lý chất lượng cũng như khi lắp ráp, những chiếc máy này thường có độ chính xác không cao, độ tin cậy không lớn. Khó khăn nhất trong phần chế tạo máy CNC “sản xuất tại Việt Nam” không phải ở phần điều khiển hay phần điện tử mà chính là phần cơ khí, phần kết cấu và dẫn truyền cơ khí. Năm 2004, khi đảm nhiệm đề tài KC.28 về "Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phay CNC 5 trục", nhóm nghiên cứu của TS Hoàng Vĩnh Sinh tại Trường ĐHBK Hà Nội đã phải bắt đầu từ khâu “thô” nhất là thiết kế, đúc thân máy.
“Cái khó là Việt Nam thiếu ngành công nghiệp phụ trợ, vì thế ngay cả những chi tiết đơn giản chúng tôi cũng phải tự làm với số lượng nhỏ nên giá thành khá cao” – TS. Sinh cho biết. Hình 1-1 Máy phay CNC 5 trục của BKMech “Trên thị trường Việt Nam, các máy CNC bình thường có sai số vị trí là 0,01mm. Máy CNC do chúng tôi chế tạo sau 3 serie đã đạt được sai số vị trí 0,005mm”.
Tuy nhiên nhóm nghiên cứu sẽ còn phải làm nhiều việc để đạt tới “ngưỡng” sai số 0,002mm của những máy CNC cao cấp chuyên chế tạo những chi tiết điện tử tinh xảo. GVHD: THÁI THỊ THU HÀ Trang 6 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÚY MSHV: 09040382 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phân vùng bề mặt gia công trên máy CNC 3+2 Năm 2005, tại hội chợ công nghệ và thiết bị VN diễn ra ở TP.HCM, nhiều người đã đặc biệt chú ý đến gian hàng triển lãm các loại máy CNC do kỹ sư Lê Anh Kiệt nghiên cứu và chế tạo. Đó là chiếc máy đóng gói đứng cà phê, hạt điều đã ra đời và nhanh chóng gửi sang Úc. “Máy chạy rất ổn định với nhiều chức năng tiện lợi như có thể thay đổi được chiều dài của bao đóng gói chỉ sau khi nhấn nút điều chỉnh hoặc lập trình sẵn thời gian đóng gói.
Do đó, một công nhân có thể làm cùng lúc với ba chiếc máy khác nhau.”, ông Nguyễn Thanh Liêm - giám đốc Công ty bán máy CNC AALink, Việt kiều Úc đã nhận xét. Hình 1-2 Chiếc máy cắt hình CNC của kỹ sư Lê Anh Kiệt Máy phay điều khiển chương trình số do các sinh viên ĐHBK Hà Nội chế tạo, có thể cắt gọt gỗ nhờ vào phần mềm máy tính (TACONOGATA) do nhóm tự lập trình. Sản phẩm này bước đầu có thể được ứng dụng trong các trường đào tạo, dạy nghề.2 Mục đích nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, sản xuất các sản phẩm số lượng ít nhưng mẫu mã và kích thước đa dạng đang là yêu cầu cấp thiết trong nhiều lĩnh vực như: hàng không - vũ trụ, y học, GVHD: THÁI THỊ THU HÀ Trang 7 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÚY MSHV: 09040382 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phân vùng bề mặt gia công trên máy CNC 3+2 đồ gia dụng…Theo tính toán, nhu cầu của thị trường đã vượt qua con số 4 tỷ Euro/năm. Với sản phẩm tấm kim loại của thị trường Mỹ, lợi nhuận năm 2006, đạt $21.
Đây là thách thức đối với các nhà sản xuất, nhà nghiên cứu phải tìm ra các giải pháp đáp ứng sản xuất cho các sản phẩm loạt nhỏ và vừa với giá thành thấp. Gia công trên máy CNC có lợi thế là có thể tích hợp nhiều công đoạn trên cùng một nguyên công. Ví dụ: phay, khoan, khoét, doa…. Trong gia công trên máy 3+2, trục dao được định hướng để phù hợp bề mặt của chi tiết gia công.
Mỗi vùng gia công sử dụng hướng dao khác nhau và được khóa chặt trong quá trình gia công khu vực đó. Khi khóa trục để gia công, máy có thể gia công ở tốc độ cao mà không làm mất sự chính xác hoặc thay đổi lượng chạy dao trong quá trình gia công. Để làm được như vậy yêu cầu đạt ra là phải phân vùng các bề mặt gia công sao cho thời gian gia công là nhỏ nhất. Gia công trên máy CNC 3+2 mở ra nhiều hướng ứng dụng trong các lĩnh vực như: trong ngành hàng không vũ trụ, trong công nghệ gia công khuôn mẫu…với chủng loại đa dạng và phong phú.
Như vậy, gia công trên máy CNC 3+2 vẫn còn là một lĩnh vực mới mẻ, đang dành được sự quan tâm rất lớn của các giới khoa học trên thế giới và rất ít ở Việt Nam. Sau khi phân tích các vấn đề được nghiên cứu, em quyết định chọn đề tài “nghiên cứu phân vùng bề mặt gia công trên máy CNC 3+2” 1.2 Mục đích nghiên cứu của luận văn ¾ Mục tiêu của đề tài này là xây dựng một phương pháp gia công hiệu quả trên máy 3+2 để cạnh tranh với các phương pháp gia công hiện tại nhằm mở rộng và nâng cao phương pháp gia công trên máy 3+2. ¾ Xác định các tiêu chuẩn phân vùng bề mặt cần thiết cho gia công bề mặt. ¾ Xây dựng thuật toán gom cụm để cung cấp cho người dùng một phương pháp lựa chọn các thông số có liên quan đến phân vùng một bề mặt đạt kết quả tốt.
GVHD: THÁI THỊ THU HÀ Trang 8 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÚY MSHV: 09040382 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phân vùng bề mặt gia công trên máy CNC 3+2 ¾ Xác định hình dạng phổ biến như dạng mặt phẳng, các đường bo cung dưới đáy sản phẩm và các dạng bề mặt khác nhằm làm giảm số lượng các dữ liệu cần gia công. ¾ Xây dựng một phương pháp tự động tự phân vùng các bề mặt và các đường chạy dao trong quá trình gia công. Mục tiêu cuối cùng của quá trình này là để đơn giản hóa quá trình tạo ra các đường chạy dao và giảm sự phụ thuộc của con người. ¾ Tiến hành thử nghiệm một vài mẫu thử và so sánh với chiến lược gia công trên các máy khác để chứng minh hiệu quả khi gia công trên máy 3+2.3 Giới thiệu về gia công trong máy CNC 3+2 Các bề mặt phức tạp thường được gia công trên máy phay 3 trục vì chi phí thấp và đường chạy dao tương đối đơn giản.
Gia công các bề mặt phức tạp thường sử dụng dao cầu. Tuy nhiên, gia công trên máy 3 trục yêu cầu thời gian chạy máy lâu vì bề rộng của hai đường chạy dao liền kề nhau nhỏ hơn so với gia công trên máy 5 trục. Vì vậy, nghiên cứu các công nghệ mới hơn nhằm nâng cao hiệu quả gia công vẫn đang được thực hiện. So với các máy 3 trục có trục dao cố định, máy 5 trục sử dụng hai trục quay dao trong suốt quá trình gia công.
Máy 5 trục thường di chuyển đồng thời giữa bàn máy và dao. Khả năng động học của trục dao cho phép quay dao theo hướng phù hợp với bề mặt chi tiết gia công theo bước ngang rộng hơn và đường chạy dao ngắn hơn so với gia công trên máy 3 trục. Việc làm giảm đường chạy dao đồng nghĩa với giảm thời gian gia công chi tiết. Trong thực tế, không phải tấc cả các trường hợp đều đúng như vậy, vì khi dao quay đi một góc thì đầu dao không thể di chuyển quá nhanh như gia công trên máy 3 trục và phải giảm lượng chạy dao khi cần thiết.
GVHD: THÁI THỊ THU HÀ Trang 9 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÚY MSHV: 09040382 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phân vùng bề mặt gia công trên máy CNC 3+2 Hình 1-3 Máy EMCO CNC 3+2 Đó là một vài yếu tố ảnh hưởng nên các doanh nghiệp ngần ngại chuyển sang gia công trên máy 5 trục mặc dù phương pháp chạy dao theo biên dạng trên máy 5 trục làm giảm chiều dài đường chạy dao. Những phương pháp này tương đối mới và chưa được tích hợp với các chương trình CAM trong những phần mềm của họ. Rất khó áp dụng gia công 5 trục trong các doanh nghiệp vì các giới hạn của phần mềm hỗ trợ, lập trình phức tạp và chi phí cao do đầu tư trang thiết bị và đào tạo. Sự phức tạp động học của máy 5 trục đưa ra rất nhiều câu hỏi về tính chính xác, khả năng của dụng cụ và làm tăng thêm vào những mối quan tâm của các doanh nghiệp.
