Ứng Dụng CAD/CAM Trong Mô Hình Hóa Và Tạo Hình Bề Mặt Xoắn Vít

Các nước có nền công nghiệp phát triển đã ứng dụng công nghệ CNC vào sản xuất nhiều chục năm nay, còn với nước ta gần đây mới tiếp cận công nghệ này. Ứng dụng công nghệ CNC cho phép sản xuất sản xuất những sản phẩm có độ chính xác cao, khối lượng lớn (mà các máy công cụ truyền thống không làm được), năng suất gia công cao do có thể tăng chế độ cắt, giải phóng sức lao động của con người, phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt và hàng khối,… Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm như vận hành máy phức tạp, giá thành thiết bị và chi phí sửa chữa - bảo dưỡng lớn,…

Ở nước ta hiện nay, việc gia công tạo hình các bề mặt xoắn vít chủ yếu được thực hiện bằng các phương pháp cắt gọt truyền thống trên các máy tiện hay máy phay vạn năng với các loại dao cắt định hình chuyên dùng. Các phương pháp này chỉ có thể gia công được các bề mặt xoắn vít với profile đơn giản, bước không đổi và thường đòi hỏi phải thiết kế - chế tạo dao định hình. Độ chính xác và năng suất gia công thường không cao do phụ thuộc nhiều vào việc gá - đặt dao, độ chính xác của dao,.. Để khắc phục các nhược điểm trên, có thể gia công các bề mặt xoắn vít trên các máy CNC 4÷5 trục với sự trợ giúp của các phần mềm CAD/CAM.

Độ chính xác và năng suất gia công thường không cao do phụ thuộc nhiều vào việc gá - đặt dao, độ chính xác của dao,.. Để khắc phục các nhược điểm trên, có thể gia công các bề mặt xoắn vít trên các máy CNC 4÷5 trục với sự trợ giúp của các phần mềm CAD/CAM. Đề tài “ Ứng dụng CAD/CAM trong mô hình hóa và tạo hình bề mặt xoắn vít” nhằm mục đích đưa ra phương pháp gia công tiên tiến với sự trợ giúp của máy tính, nhằm mô hình hóa - mô phỏng đối tượng gia công trên phần mềm và gia công thực tế trên máy 5 trục để tạo hình các bề xoắn vít.

Đề tài sử dụng các phần mềm cơ khí như Inventor, Topsolid,… như một công cụ đắc lực cho công việc thiết kế và chế tạo trong thực tế. Ứng dụng của sự phát triển của các máy CNC (đặc biệt là máy gia công cao tốc- HSM), vật liệu dụng cụ kết hợp với công nghệ thông tin hỗ trợ quá trình thiết kế và chế tạo.

Trong không gian ba chiều, dựng hệ trục Oxyz, trục Oz thẳng đứng được dùng làm đường trục của chuyển động vít và của bề mặt vít. Dựng một mặt trụ tròn xoay, bán kính là r0- gọi là mặt trụ cơ sở hay mặt trụ dẫn. Trên mặt trụ dựng một đường vít xuất phát từ điểm G nằm trên Ox có bước xoắn là H, góc nghiêng của đường vít là β và góc nâng là λ= 900-β. Bước của đường xoắn vít (hoặc mặt xoắn vít) tính theo : H= 2πr0cotgβ (1- 1).

Đường thẳng AB tiếp xúc với bề mặt trụ , đồng thời tựa trên đường xoắn vít tại điểm N và hợp với Oz một góc ε tuỳ ý. Cho AB thực hiện hai chuyển động: Chuyển động tịnh tiến dọc trục Oz với vận tốc V và chuyển động quay quanh trục Oz với vận tốc góc ω. Hai chuyển động này có liên hệ với nhau, sao cho một điểm bất kỳ ví dụ M (x, y, z) thuộc AB quay được một vòng quanh Oz thì đồng thời cũng chạy dọc theo phương Oz một lượng là H. Kết quả là đường thẳng AB sẽ tạo ra một bề mặt vít, gọi là mặt vít kẻ.

Điểm M (x, y, z) thuộc AB là một điểm chạy, đồng thời sự chuyển động của AB theo quay luật (1-1), thì toạ độ của M (xM, yM, zM) chính là phương trình biểu diễn mặt vít . Phương trình mặt vít kẻ : Đặt MN = t, trên MN đặt một vectơ chỉ phương đơn vị λ . Phương trình vectơ của mặt vít được viết như sau: OM = OM + MM = ON + NN + NC + CM

Lựa chọn phần mềm CAM như Mastercam, PowerMill, Edgecam. Tiếp theo, nhập mô hình CAD và thiết lập phôi. Xác định chiến lược gia công, chọn dao cụ, và thiết lập chế độ cắt. Mô phỏng quá trình gia công để kiểm tra va chạm và tối ưu đường chạy dao.

Giao tuyến của mặt xoắn vít với mặt phẳng vuông góc với trục là đường thân khai kéo dài. Từ phương trình tổng quát nếu cho z = 0: =>  = x2 + y2 = r02 + k2 với: k = 2p 2.tg 2 - Giao tuyến của mặt xoắn vít Convolute với mặt phẳng tiếp xúc mặt trụ cơ sở. Ở đây có thể lấy mặt phẳng y = r 0 (hoặc x = r0) ta được : z = p.

Mô phỏng quá trình gia công để kiểm tra va chạm và tối ưu đường chạy dao. Xuất chương trình CNC và nạp vào máy CNC để gia công. Cuối cùng, kiểm tra sản phẩm và đánh giá kết quả.

Thiết kế ngược (reverse engineering) được sử dụng để tạo mô hình CAD từ sản phẩm hiện có. Các phần mềm hiện tại có thể tạo ra những mô hình từ sản phẩm thực tế một cách nhanh chóng và tối ưu.

Kiểm tra bề mặt xoắn vít bằng máy đo tọa độ (CMM) đảm bảo chất lượng sản phẩm. Độ bóng và hình dạng hình học là những yếu tố cần quan tâm để đánh giá chất lượng của bề mặt xoắn vít.

Trong tương lai, ứng dụng CAD/CAM sẽ tiếp tục phát triển, kết hợp với các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và in 3D để tạo ra các chi tiết xoắn vít phức tạp và hiệu quả hơn.

Kết hợp với các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và in 3D để tạo ra các chi tiết xoắn vít phức tạp và hiệu quả hơn. Trí tuệ nhân tạo có thể phân tích và đưa ra giải pháp cho quy trình CAD/CAM một cách tối ưu nhất.