CHƯƠNG 1. Tổng quan về lãnh vực nghiên cứu 1. Ngoài nước Máy gia công CNC được ứng dụng rất nhiều trong các ngành sản xuất, chế tạo máy. Hơn nữa, vì khả năng có thể điều khiển đồng thời nhiều trục chuyển động linh hoạt của máy gia công CNC nên máy đã và đang được khám phá và phát triển cho rất nhiều ngành sản xuất khác như thiết bị công nghiệp nặng, khuôn mẫu, y sinh, dầu khí, dệt may… Dựa theo phân tích của Technavio, thị trường máy CNC toàn cầu được dự đoán sẽ tăng trưởng với tốc độ ổn định và đạt tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) gần 6.8% trong giai đoạn dự báo, đạt 100.9 tỷ USD đến năm 2025.
Thị trường đang chứng kiến sự thay đổi lớn từ các máy truyền thống sang các trung tâm gia công CNC đa trục, kết hợp tất cả các chu trình như phay, khoan, khỏa mặt và tiện trong một máy duy nhất để tăng năng suất và giảm thời gian gia công. Các phương pháp gia công tiện ren ngoài, ren, ren trong, rãnh và móc lỗ là một số các chức năng khác mà có thể được thực hiện trên tích hợp trên cả máy phay để giảm việc gá đặt chi tiết nhiều lần. Với tính năng tích hợp các công cụ tiện, mà một lần nữa, sẽ thúc đẩy quá trình chuyển đổi từ các máy truyền thống trong vài năm tới. Trong bối cảnh này, khả năng lập trình gia công CNC ứng dụng CAM trở nên hấp dẫn hơn bao giờ hết đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ.
Với mục đích mở rộng cho nhiều doanh nghiệp hơn trong số đó tham gia vào thị trường đa trục, các hãng sản xuất và chế tạo máy công cụ lớn có thể kể đến như DMG Mori, Mazak, Hass Automation, Okuma… đều được phát triển và đưa ra thị trường các trung tâm gia công CNC đa trục, đi kèm với nó là các giải pháp và phần mềm CAD/CAM-CNC cho gia công đa trục như Mastercam, BobCAD-CAM, Hypermill, Powermill, Vericut… Có thể nói, các đề tài về máy gia công CNC, giải pháp gia công CNC, các yếu tố vật lý ảnh hướng đến gia công CNC được quan tâm và nghiên cứu rất nhiều trong ngành Kỹ thuật Cơ khí, có kể ra một số đề tài như sau: X. Li và Robert B. Jerard thực hiện, được đăng tải trong tạp chí Computer-Aided Design. Sản phẩm của đề tài là việc cho thấy được gia công 5 trục tối ưu hơn so với 3 trục truyền thống cũng như những vấn đề liên quan đến khời tạo đường chạy dao cho gia công 5 trục.
Trang 1 Luan van Đề tài “Process planning system of 5-axis machining center considering constraint condition” (2016) do Isamu Nishida, Ryuta Sato và Keiichi Shirase thực hiện, được báo cáo trong hội thảo 2016 International Symposium on Flexible Automation (ISFA). Sản phẩm của đề tài là phương pháp lập kế hoạch quy trình cho các máy công cụ 5 trục thông qua tổng thể tích vật liệu bị cắt gọt chia cho tất cả các mặt phẳng gia công mà chi tiết sản phẩm được đề xuất. Đề tài “Structure design of 5-axis cutting system for machining of automobile’s light-weight material” (2018) do Chul-Woo Park, Hyun-Jin Choi và Jung-Hee Lim thực hiện, được báo cáo trong hội thảo Proceedings of the International Conference of Manufacturing Technology Engineers (ICMTE) 2018. Sản phẩm của đề tài là thiết kế kết cấu cho hệ thống cắt gọt 5 trục để gia công các vật liệu nhẹ trong ngành ô tô.
Đề tài “Five-axis flank milling tool path generation with curvature continuity and smooth cutting force for pockets” (2019) do Changqing Liu, Yingquang Li, Xin Jiang, và Wenyao Shao thực hiện, được đăng tải trong tạp chí Chinese Journal of Aeronautics. Sản phẩm của đề tài là các phương án gia công 5 trục cho các góc quanh co và đường cong clothoid đảm bảo độ ổn định khi gia công đạt lực cắt mịn và sự cong liên tục đáp ứng ràng buộc của cả lực các và động học của máy công cụ. Tài liệu có liên quan [1] Susan X. “5-axis machining of sculptured surfaces with a flat-end cutter”.
Computer-Aided Design. Volume 26, Issue 3, March 1994, Pages 165-178. “Process planning system of 5-axis machining center considering constraint condition”. 2016 International Symposium on Flexible Automation (ISFA).
INSPEC Accession Number 16544284. “Structure design of 5-axis cutting system for machining of automobile’s light-weight material”. Proceedings of the International Conference of Manufacturing Technology Engineers (ICMTE) 2018. “Five-axis flank milling tool path generation with curvature continuity and smooth cutting force for pockets”.
Chinese Journal of Aeronautics. Trang 2 Luan van 1. Trong nước Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa trong nước ta cũng không thể không kể đến sự phát triển tất yếu của lãnh vực cơ khí chế tạo máy, mà nhiệm vụ đặt ra là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo những máy công cụ được điều khiển ngày càng linh hoạt và tối ưu, giúp tăng năng suất và cải thiện độ chính xác phục vụ cho quá trình sản xuất. Tuy nhiên, ngành cơ khí chế tạo máy trong đó có mảng chế tạo máy công cụ vốn có ở Việt Nam với các sản phẩm hầu hết lại là máy vạn năng phổ thông và có cấu trúc truyền thống.
Sự đổi mới công nghệ không có nghĩa là đi mua công nghệ, điển hình như việc nhập khẩu máy công cụ CNC cũng gây bất cập trong một số trường hợp như: giá cao, bảo trì - bảo dưỡng phức tạp, không chủ động, khó phát huy kinh tế nội sinh, không nhập được các máy phục vụ quốc phòng… Vì những lý do đó, việc phải làm chủ công nghệ và nghiên cứu phát triển các đề tài về máy công cụ CNC là cấp thiết. Rất nhiều đề tài về CNC trong nước được công bố từ nhiều cấp độ, có thể điểm qua một số đề tài sau: Đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy CNC 5 trục” (2008) do Vũ Hoài Ân thực hiện, được đăng tải trong Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật của Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp (IMI) 11-2018. Sản phẩm của đề tài là nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh một thiết bị gia công dầm thép kết cấu trên cơ sở tích hợp công nghệ gia công dầm thép kết cấu với công nghệ điều khiển CNC 5 trục tọa độ. Đề tài “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong tạo hình bề mặt xoắn vít Arsimet trên máy CNC 5 trục” (2013) do Nguyễn Quốc Dũng và Bùi Lê Ngôn thực hiện, được đăng tải trong Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Số 17 (9-2013).
Sản phẩm của đề tài là cho thấy sự ưu việt khi ứng dụng CAD/CAM và máy CNC 4-5 trục để gia công trục vít Arsimet so với phương pháp gia công cắt gọt truyền thống trên máy vạn năng. Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi phay cao tốc trên máy 5 trục UCP600” (2015) do Nguyễn Thanh Bình, Nguyễn Huy Ninh, và Hoàng Tiến Dũng thực hiện, được đăng tải trong Tạp chí Khoa học và Công nghệ 53. Sản phẩm của đề tài là sự ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến độ nhám bề mặt Ra khi gia công thép làm khuôn SKD11 bằng dao phay mặt đầu cao tốc của hãng Sandvik. Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và chế độ cắt đến năng suất và nhám bề mặt khi gia công mặt cầu lồi trên trung tâm CNC 5 trục” (2018) do Bùi Long Vịnh thực hiện, là Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Cơ khí, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội.
Sản Trang 3 Luan van phẩm của đề tài là việc xác định các thông số công nghệ (góc nghiêng trục dao và chế độ cắt) tối ưu đối với dao phay cầu khi gia công tinh bề mặt khuôn nhắm nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt khi gia công CNC 5 trục. Đề tài “Nghiên cứu thiết kế mô hình máy trung tâm phay CNC 5 trục” (2018) do Phạm Thị Thiều Thoa, Tô Văn Hùng, Bùi Xuân Chỉnh, Nguyễn Công Minh, Bùi Đình Vinh, và Nguyễn Việt Anh thực hiện, được đăng tải trong Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 47. Sản phẩm của đề tài là mô hình máy phay CNC 5 trục điều khiển đồng thời (X, Y, Z, B, C) gia công được chi tiết có vật liệu bằng nhôm, gỗ với kích thước tối đa có thể gia công được là 150x150x100mm. Tài liệu có liên quan [1] Vũ Hoài Ân (2008).
“Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy CNC 5 trục”. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật của Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp (IMI). “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong tạo hình bề mặt xoắn vít Arsimet trên máy CNC 5 trục”. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng.
“Khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi phay cao tốc trên máy 5 trục UCP600”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 53. “Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và chế độ cắt đến năng suất và nhám bề mặt khi gia công mặt cầu lồi trên trung tâm CNC 5 trục”. Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Cơ khí, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội.
“Nghiên cứu thiết kế mô hình máy trung tâm phay CNC 5 trục”. Tạp chí Khoa học & Công nghệ. Tính cấp thiết của đề tài Các sản phẩm dùng trong sản xuất công nghiệp và đời sống hàng ngày ngày càng phong phú và đa dạng, yêu cầu về vật liệu sử dụng, độ phức tạp cũng như độ chính xác của chi tiết ngày càng được nâng cao. Để đáp ứng được nhu cầu trên, đòi hỏi việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ra các máy công cụ sử dụng linh hoạt nhiều chuyển động cơ học, điều khiển tự động thông qua máy tính và tích hợp nhiều phương pháp gia công.
Trang 4 Luan van Các đề tài về máy công cụ cũng như những giải pháp công nghệ, các chế độ thông số trong quá trình cắt gọt vật liệu được công bố từ trước tới nay phần lớn chưa có sự liên kết để vấn đề về máy móc - công nghệ được hoàn thiện. Vì những lý do trên, nỗ lực để biên soạn tài liệu tham khảo và phần hướng dẫn về công nghệ CAD/CAM-CNC đặc biệt trong tiện, phay và phay đa trục để có thể đào tạo giảng dạy và thể hiện được khả năng công nghệ tối ưu của máy CNC tác giả đề xuất tiến hành thực hiện đề tài “BIÊN SOẠN TÀI LIỆU THAM KHẢO MASTERCAM 2020”. Mục đích của đề tài Biên soạn tập tài liệu tham khảo lập trình và gia công CNC ứng dụng phần mềm CAM Mastercam 2020 của hãng CNC Software. Biên soạn tập bài giảng thực hành lập trình, vận hành và gia công CNC tương ứng với 02 máy: Máy tiện CNC Anton 1987 - 2 trục đã được cải tiến và Máy phay CNC 5 trục kiểu Table/Table tự thiết kế - chế tạo trong Xưởng CAD/CAM-CNC, Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, Khoa Cơ khí Chế tạo máy.