NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG BỀ MẶT TRỤ KHI PHAY TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC – 85S

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

----------0O0----------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG BỀ MẶT
TRỤ KHI PHAY TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG
VMC – 85S

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
*****

Lớp Cao học K10 – CNCTM

CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----------o0o----------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG BỀ MẶT TRỤ

KHI PHAY TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC – 85S

Học viên:
Đỗ Thị Làn
Lớp:
CH – K10
Chuyên ngành:
Công nghệ chế tạo máy
Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe
Học viên:
Đỗ Thị Làn
Ngƣời HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe

KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN

Thái Nguyên 2009
PGS.TS NGUYỄN ĐĂNG HÕE
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất

LỜI CAM ĐOAN

cả các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chất
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nêu
trong luận văn là trung thực. Những kết luận khoa học của luận văn chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào.

lượng sản phẩm, mức độ tự động hoá quy trình sản xuất và đặc biệt là độ chính xác
kích thước, hình dáng hình học của sản phẩm.
Để nâng cao được độ chính xác của các máy CNC nói chung, máy phay
CNC, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề
tài: “Nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

VMC – 85S”.
Trong thời gian thực hiện đề tài, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của
nhà trường, các khoa, các phòng ban chức năng, các thầy cô giáo và các đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu, khoa sau đại học, các giảng viên
đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.

Đỗ Thị Làn

Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè,
trường đại học KTCN đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn trung tâm thực nghiệm và các thầy thuộc
trung tâm đã giúp đỡ và tạo điều kiện về máy và thiết bị để tác giả hoàn thành các thực
nghiệm trong điều kiện tốt nhất.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể
luận văn còn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các
thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa ứng
dụng trong thực tế.
Xin chân thành cảm ơn!
Thái nguyên, 15 tháng 11 năm 2009
Tác giả

Đỗ Thị Làn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




1
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

2

Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

3.5. Thực nghiệm gia công trên trung tâm VMC – 85S

50

3.5.1. Thiết kế CAD/CAM
MỤC LỤC

3.5.1.1. Biên dạng và kích thước gia công

Chƣơng I: Mở đầu

7

3.5.1.2. Part program

1.1. Tính cấp thiết của luận văn

7

3.5.2. Truyền chương trình sang máy CNC

1.2. Các công trình liên quan

7

3.5.3. Điều chỉnh máy

1.3. Mục đích nghiên cứu

19

3.6. Đo sai số gia công trên máy CMM – C544

1.4. Phương pháp nghiên cứu

19

3.6.1. Gá đặt chi tiết

1.5. Đối tượng nghiên cứu

20

3.6.2. Khởi động máy đo toạ độ CMM- C544

1.6. Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu

20

3.6.3. Tiến hành hiệu chuẩn đầu đo

1.7. Dự kiến kết quả đạt được

22

3.6.4. Tiến hành lập hệ toạ độ của chương trình đo

Chƣơng II: Các yếu tố ảnh hƣởng tới độ chính xác của máy công cụ

23

2.1. Độ chính xác gia công

23

2.2. Các nguyên nhân gây ra sai số của máy

25

2.3. Kết luận

31

Chƣơng III: Nâng cao độ chính xác biên dạng khi gia công bề mặt
trụ trên trung tâm gia công VMC - 85S

68

3.6.5. Tiến hành đo biên dạng thực
Chƣơng V: Kết luận

82

33

3.1. Mô hình nghiên cứu

33

3.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm

34

3.2.1. Trung tâm gia công VMC – 85S
3.2.2. Máy đo tọa độ 3 chiều CMM – C544
3.2.3. Phần mềm thiết kế CAD/CAM
3.3. Phần mềm Mastercam

41

3.3.1.Giao diện
3.3.2. Các dạng gia công cơ bản trên module phay
3.3.3. Quá trình phay
3.4. Chế độ gia công

45

3.4.1. Các dạng toolpath
3.4.2. Chọn dao và chế độ cắt (V, Sz, T)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

4
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Lớp Cao học K10 – CNCTM

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

CMM

Coordinate Measuring Machine

Máy đo tọa độ 3 chiều

Hình 1.1

Độ chính xác gia công

8

VMC

Vertical Machining Center

Trung tâm gia công đứng

Hình 1.2

Sai số tổng hợp của máy công cụ

9

Co-or.Sys

Coordinate System

Hệ tọa độ

Hình 1.3

Sơ đồ thực nghiêm

10

Hình 1.4

Hệ thống bù sai số của máy công cụ

11

Sản xuất với sự trợ giúp của

Hình 1.5

Gia công bán tinh bằng dao phay đầu cầu

12

máy tính

Hình 1.6

Sai lệch trong gia công bề mặt bất kỳ

12

Hình 1.7

Hai kiểu toolpath khi phay hốc lõm

13

Hình 1.8

Cắt lẹm trên các bề mặt hình dáng phức tạp

13

Thiết kế với sự trợ giúp của

CAD

Computer Aided Design

CAM

Computer Aided Manufacturing

CNC

Computer Numerical Control

Điều khiển số bằng máy tính

3D

3 Dimention

Ba chiều

PP

Post Processor

Hậu xử lý

CL

Cutting Location

Đường chạy dao

Hình 1.9

Mô phỏng 3D

14

SW

Software

Phần mềm

Hình 1.10

Ứng dụng kỹ thuật ngược trong thiết kế sản phẩm

15

I/O

Input/Output

Vào/ Ra

Hình 1.11

Sơ đồ thuật toán cắt lớp thích nghi

16

PC

Personal Computer

Máy tính cá nhân

Hình 1.12

Sơ đồ ăn dao

20

PLC

Programmable Logic Controller

Bộ điều khiển PLC

Hình 1.13

Sơ đồ nghiên cứu

21

Hình 3.1

Cấu tạo máy CMM – C544

36

Hình 3.2

Các loại đầu đo cho máy CMM

36

Hình 3.3

Sơ đồ chạy dao hướng kính

45

Hình 3.4

Sơ đồ chạy dao tiếp tuyến

46

Hình 3.5

Sơ đồ chạy dao kiểu tiếp tuyến chung của hai vòng tròn

46

Hình 3.6

Thay đổi chiều dày cắt ở phương án chạy dao tiếp tuyến

47

Hình 3.7

Thay đổi chiều dày cắt ở phương án chạy dao kiểu tiếp

48

CAP

Computer Aided Planning

DNC

Direct Numerical Control

máy tính

Lập kế hoạch có trợ giúp của
máy tính
Điều khiển số trực tiếp

tuyến chung của hai vòng tròn
Hình 3.8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Kích thước của dao

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

49




5
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

6
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

Hình 3.9

Biên dạng gia công thực nghiêm

50

Hình 3.31

Chọn chế độ tự động

74

Hình 3.10

Giao diện màn hình MasterCAM Mill

52

Hình 3.32

Hộp thoại ScanningCNC

74

Hình 3.11

Vẽ biên dạng gia công

53

Hình 3.33

Biên dạng đo

75

Hình 3.12

Chọn dao và các chế độ công nghệ trong hộp thoại tool

54

Hình ảnh 3.34

Chi tiết sau gia công

76

Hình ảnh 3.35

Thao tác đo trên máy CMM – C544

76

Hình 3.36.

Đồ thị ảnh hưởng của bán kính đường vào dao tới sai số

80

parameter
Hình 3.13

Chọn chiều sâu cắt, chế độ bù dao trong hộp thoại Contour

55

parameter

kích thước gia công

Hình 3.14

Hộp thoại Lead in/out

56

Hình 3.15

Hiển thị đường chạy dao

57

Hình 3.16

Khai báo phôi, vật liệu, hệ điều khiển

58

Hình 3.17

Mô phỏng quá trình gia công

59

Hình 3.18

Quá trình gia công tinh

60

Hình 3.19

Xuất chương trình NC

61

Hình 3.20

File chương trình NC

62

Hình 3.21

Giao diện DNC

64

Hình 3.22

Các tham số DNC

65

Bảng 3.1

Chế độ gia công

67

Hình 3.23

Truyền và nhận chương trình

65

Bảng 3.2

Kết quả đo mẫu thực

77

Hình 3.24

Giao diện phần mềm Mcosmos

68

Hình 3.25

Chương trình GEOPAK

69

Hình 3.26

Hiệu chuẩn đầu đo

70

Hình 3.27

Chọn hệ tọa độ

71

Hình 3.28

Chọn mặt phẳng chuẩn

72

Hình 3.29

Chọn gốc tọa độ

72

Hình 3.30

Chọn chế độ chạy tự động

73

Hình 3.37.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồ thị ảnh hưởng của bán kính đường vào dao tới sai số

80

hình dáng hình học (độ không tròn)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




7
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

8
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

Theo tài liệu [6] thì có các nguyên nhân sau gây ra sai số gia công

CHƢƠNG I. MỞ ĐẦU

Độ chính xác gia công

1.1. Tính cấp thiết của luận văn

Chúng ta thấy rằng, hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và
công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao
hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ tự động hoá sản xuất và độ chính xác hình

Độ chính xác chi tiết

Độ chính xác cụm chi tiết

dáng hình học. Sử dụng các công nghệ gia công truyền thống trên các máy vạn năng
khó đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao này do đó sức cạnh tranh của sản phẩm
trên thị trường bị hạn chế. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển và nghiên cứu các công
nghệ mới nhằm nâng cao độ chính xác hình dáng hình học nói riêng, nâng cao chất
lượng sản phẩm chế tạo nói chung.

Sai lệch kích
thước

Sai lệch vị trí
tương quan

Sai số
tổng hợp

Xuất phát từ tình hình thực tế nói trên, đề tài của luận văn với tiêu đề: “Nâng cao
độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC – 85S” là
có ý nghĩa lý thuyết và thực tế.

Sai số
kích
thước

1.2. Các công trình tƣơng tự
1.2.1. Ở nƣớc ngoài.

Sai số
vị trí
tương
quan

Sai số
hình
dáng
hình
học

Độ
sóng

Độ
nhám
bề mặt

Tính
chất cơ,
lý lớp
bề mặt

Sai số
hệ
thống

Sai số
ngẫu
nhiên

Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về quá trình
gia công trên các may CNC như:
- Nghiên cứu của Anand Dasgupta, Bhaskar Pandurangan, Robert Landers

Hình 1.1. Độ chính xác gia công

and S.N. Blakrishnan.
1.2.2. Ở trong nƣớc
Tài liệu [6] về nâng cao độ chính xác gia công bằng phương pháp bù sai số đã
giải quyết: Các máy phay CNC với độ chính xác cao được sử dụng trong nhiều quá
trình gia công vì yêu cầu về độ chính xác của các sản phẩm ngày càng tăng. Ảnh
hưởng quan trọng nhất tới độ chính xác gia công là độ chính xác của máy công cụ.
Các sai số vị trí xuất hiện do lực cắt, tải trọng động vv… Tài liệu [6] đã nghiên cứu
xây dựng chương trình bù sai số gia công trên trung tâm gia công nhằm nâng cao độ
chính xác gia công các chi tiết hình dáng hình học phức tạp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




9

10

Trng i hc KT CN Thỏi Nguyờn

Lp Cao hc K10 CNCTM

Trng i hc KT CN Thỏi Nguyờn

Lp Cao hc K10 CNCTM

Thiết kế
CAD/CAM

chớnh xỏc ca
mỏy cụng c

Xuất dữ liệu
Sai s h thng

Sai s ngu nhiờn
Cỏc tỏc ng ca nhit
Ngun trong


cng
vng

Thụng
s hỡnh

hc

V trớ

Khe h

Thiết kế lại
ChƯơng trình

Partprogram

Ngun ngoi

Ti
trng

Phõn tỏn

Rung
ng

Đo biên dạng trên máy
CMM C544

Bù sai số

chớnh xỏc v trớ
Tính toán sai số

Hỡnh 1.2. Sai s tng hp ca mỏy cụng c

Biên dạng thực
Hỡnh 1.3. S thut toỏn bự sai s

Tip theo lun vn a ra phng phỏp bự sai s gia cụng, bự sai s bng
phn mm trờn c s gii quyt bi toỏn sai lc hỡnh dỏng hỡnh hc v v trớ tng
Gia cụng thc hin trờn trung tõm gia cụng VMC 85S, o sai s bng mỏy

quan theo s sau:

CMM C544 v tin hnh x lý d liu o. Sau ú tin hnh bự sai s bng chng
trỡnh NC mi theo mụ hỡnh sau:

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn



S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn




11

12

Trng i hc KT CN Thỏi Nguyờn

Lp Cao hc K10 CNCTM

Trng i hc KT CN Thỏi Nguyờn

Lp Cao hc K10 CNCTM

Begin

Do

Bù sai số bằng lập trình
trong bộ điều khiển

Nhúng chƯơng
trình bù sai số

Lng d sau
gia cụng thụ

Lng d gia
cụng tinh

Bù sai số
Bù sai số bằng chƯơng
trình NC

Sử dụng Post
Processor

Thay đổi tham
số điều khiển

Điều chỉnh
chƯơng trình

Hỡnh 1.5. Gia cụng bỏn tinh bng dao phay u cu

Cắt thử

Kiểm tra
Hỡnh 1.6. Sai lch trong gia cụng b mt bt k

End
Hỡnh 1.4. H thng bự sai s ca mỏy cụng c
Ti liu [7] cng l mt lun vn thc s liờn quan n vn nõng cao
chớnh xỏc gia cụng chi tit mỏy hỡnh dỏng phc tp.
u tiờn lun vn a ra mt s vn c bn v gia cụng hc:

Mt ct

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn



S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
Chi tit

ng biờn
chi tit

ng biờn phụi

13
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

14
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

Hệ điều hành (DOS, UNIX …)
Output

Proceser
hiển thị
Bộ biên
dịch

Hình 1.7. Hai kiểu toolparh khi phay hốc

Các file
kết nối từ
phần
mềm

Cơ sở DL CAD
(trong RAM)

Màn hình

Bộ thông
dịch lệnh
Input (bàn phím,
chuột…)

Bộ nhớ ngoài (ổ
cứng, ổ mềm…)

Hình 1.9. Mô phỏng 3D

Hình 1.8. Cắt lẹm trên các bề mặt phức tạp
Tiếp theo luận văn đưa ra cơ sở lý thuyết mô hình hóa, xây dựng mô hình

Sau đó luận văn trình bày về kỹ thuật ngược và phương pháp sử dụng máy
CMM trong xây dựng mô hình CAD được thực hiện theo sơ đồ:

CAD 3D theo sơ đồ sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
Trng i hc KT CN Thỏi Nguyờn

16
Lp Cao hc K10 CNCTM

Trng i hc KT CN Thỏi Nguyờn

Lp Cao hc K10 CNCTM

Begin

Mẫu đo

Mô hình CAD
định dạng file .STL

Đo
Thực hiện bằng:
- Các dụng cụ đo nhƯ
thƯớc cặp, pan me
- Máy quét scanner
- Máy đo tọa độ CMM

Mô hình
định dạng file .RPI

Tạo mô hình vật thể
(Mô hình CAD)

Sử dụng các phần mềm
CAD thích hợp

Tính góc sin

Tạo dựng lại hình dáng
vật thể

Xác định chiều dày
lớp cắt

Đạt độ sâu?

Qua các bƯớc gia công
trên máy CNC

Chỉnh sửa

Sản phẩm mới
Hỡnh 1.10. ng dng k thut ngc trong thit k sn phm
Ngoi ra ct lp thớch nghi theo dc ca biờn dng chi tit cng ó c
nghiờn cu theo s thut toỏn nh sau:

Ghi kết quả ra
file .SCP

Tiền xử lý
(APT)

End

Toolpath

Hỡnh 1.11 . S thut toỏn ct lp thớch nghi
Vi thut toỏn ct lp thớch nghi v thut toỏn chuyn i, tỏc gi ó xỏc nh
c ta x,y,z m dng c ct s i qua mt cỏch phự hp theo dc ca biờn
dng chi tit, ta ny s l c s d liu cho lp trỡnh tin x lý a ra qu o

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn



S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn




17
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

18
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

chuyển động của dụng cụ cắt để gia công các hốc có bề mặt phức tạp một cách có

thể lựa chọn được giá trị tuổi bền hợp lý, góp phần tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu

hiệu quả.

quả của sản xuất.

Ưu điểm của phương pháp mà tác gia đưa ra “phương pháp cắt lớp thích nghi

Ngoài ra công trình này cũng đã xây dựng được các hàm mục tiêu, các điều

theo độ dốc của biên dạng chi tiết” là tối ưu hóa chiều sâu cắt một cách tự động , nó

kiện rằng buộc, phương pháp giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay trên

mang tính khách quan vì nó đáp ứng chiều sâu cắt t khi gia công hoàn toàn phụ

máy phay CNC. Đây chính là cơ sở lý thuyết để xây dựng cơ sở dữ liệu chế độ cắt

thuộc vào độ dốc biên dạng chi tiết. Bên cạnh đó, phương pháp này còn nhược điểm

cho các máy phay được sản xuất trong nước.

là khi sử dụng các thuật toán xắp xếp còn chưa triệt để, độ chính xác còn phụ thuộc
vào tốc độ xử lý của máy tính.

Các công trình nói trên đã đưa ra các giải pháp làm tăng năng suất, chất lượng
khi gia công trên các máy CNC, mỗi giải pháp đều có ưu điểm song cũng còn tồn tại

Tiếp theo, liên quan đến nội dung của luận văn là tài liệu [10], ở đây tác giả

nhiều nhược điểm. Giải pháp của công trình ở tài liệu [6] đưa ra phương pháp bù sai

Hoàng Việt Hồng đã nghiên cứu về quá trình cắt trên máy phay CNC. Tác giả

số bằng cách bù chương trình NC bằng phần mềm CAD/CAM, giải pháp này xác

nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy phay CNC. Kết quả là đã

định sai số tổng hợp mà không quan tâm đến nguyên nhân gây sai số cũng như sự

thiết lập được các phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng như: lực

phức tạp của biên dạng gia công. Giải pháp nói đến ở tài liệu [7] đưa ra phương pháp

cắt, độ nhám bề mặt, lượng mòn dụng cụ với các thông số công nghệ trong quá trình

xử lý dữ liệu và đưa ra lớp cắt tối ưu hoàn toàn mang tính khách quan dựa vào độ

gia công như: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và thời gian gia công. Mô

dốc của biên dạng. Cả hai giải pháp trên đều đưa ra các phương pháp can thiệp vào

hình các đại lượng này cho phép tính toán xác định giá trị các đại lượng tại thời điểm

phần mềm của máy mà chưa nghiên cứu đến các yếu tố công nghệ bên ngoài.

bất kỳ, với chế độ cắt bất kỳ của quá trình gia công, nó góp phần xây dựng cơ sở để
giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay trên máy phay CNC.
Thông qua việc sử dụng mô hình các đại lượng đó được xây dựng trong điều
kiện gia công cụ thể ta có thể tìm và xác định được các thông số thích hợp phục vụ
việc điều khiển tối ưu trong quá trình phay , đảm bảo máy làm việc an toàn, tăng

năng suất gia công, tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ cắt, nâng cao độ chính
xác nguyên công và đồng thời góp phần vào việc thực hiện tự động hóa quá trình sản

Trên cơ sở các nghiên cứu trên, chúng tôi đi vào nghiên cứu các thông số
công nghệ, đặc biệt đi sâu vào nghiên cứu các phương pháp ăn dao khi phay các bề
mặt có biên dạng trụ mà cụ thể ở đây là bề mặt trụ trong.
1.3. Mục đích nghiên cứu
- Khai thác tính năng công nghệ của máy CMM – C544 và trung tâm gia
công VMC – 85S.
- Ứng dụng công nghệ scanning để tạo mô hình CAD của sản phẩm và kiểm

xuất.
Thiết lập được các phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng:

tra độ chính xác gia công.

lực cắt, lượng mòn dao, độ nhám bề mặt trong quá trình gia công. Qua đó mở ra khả

- Nâng cao độ chính xác hình dáng hình học của sản phẩm.

năng đánh giá chính xác, linh hoạt và dễ dàng ứng dụng cho thực tế sản xuất hiện tại.

- Ứng dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp hiện nay.

Công trình này cũng đã xây dựng được phương pháp đánh giá tuổi bền của

1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu

dao phay đồng thời bằng nhiều chỉ tiêu. Trong điều kiện gia công cụ thể, chúng ta có
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




19
Trng i hc KT CN Thỏi Nguyờn

20
Lp Cao hc K10 CNCTM

Trng i hc KT CN Thỏi Nguyờn

Lp Cao hc K10 CNCTM

Kt hp nghiờn cu lý thuyt v thc nghim, trong ú thc nghim l ch
yu.

Bề mặt gia công
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh h-ởng tới độ chính xác của máy.

Dao

+ Sai số hình học.

Phôi

+ Sai số điều khiển.
- Nghiờn cu v cỏc bin phỏp cụng ngh nhm nõng cao chớnh xỏc biờn
dng b mt tr khi phay trờn trung tõm gia cụng ng VMC 85S.
- Thc nghim: Thc hin gia cụng b mt tr trong cú ng kớnh 22 trờn
trung tõm gia cụng VMC 85S, o biờn dng b mt trờn mỏy o 3 chiu C544
ỏnh giỏ chớnh xỏc hỡnh dỏng hỡnh hc.
Hỡnh 1.12. S n dao

Hng nghiờn cu: Thc hin n dao theo kiu hai ng trũn tip xỳc nhau theo
s sau:

S nghiờn cu
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn



S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn




21

22

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

1. Số hóa bề mặt chi tiết cần gia công.

Phôi thép 45

2. Mô hình hóa CAD bề mặt cần gia công.
3. Chế tạo chi tiết theo nhiều toolpath khác nhau.

Tính toán sai
số biên dạng

Quy trình
công nghệ

4. Kiểm tra và đánh giá sai số gia công.
5. Các biện pháp công nghệ để nâng cao độ chính xác gia công.

Trung tâm gia
công VMC-85S
Máy đo 3D
CMM-C544
Chi tiết gia công
Hình 1.13. Sơ đồ nghiên cứu
1.5. Đối tƣợng nghiên cứu
Gia công bề mặt trụ trên trung tâm VMC – 85S.
+ Phôi : Thép 45 thường hoá.
+ Dụng cụ cắt : Dao phay ngón phủ hợp kim cứng.
1.6. Công cụ nghiên cứu

- Trung tâm gia công đứng VMC – 85S (hiện có tại phòng thí nghiệm Kỹ
thuật cơ khí và động lực - Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp).
- Máy đo 3 chiều C544 (hiện có tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật cơ khí và
động lực - Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp).
- Các phần mềm đo, phần mềm điều khiển máy, phần mềm MasterCAM,
phần mềm xử lý dữ liệu sau khi đo.

1.7. Dự kiến kết quả đạt đƣợc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƢƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




23
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

24
Lớp Cao học K10 – CNCTM

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

+ Độ chính xác về vị trí tương quan giữa hai bề mặt; thực chất là sự xoay đi
một góc nào đó của bề mặt này so với bề mặt kia. Vì chi tiết là một vật rắn nên độ

2.1. Độ chính xác gia công
Kỹ thuật ngày nay đòi hỏi máy móc, thiết bị phải gọn, đẹp, làm việc chính

chính xác xoay của bề mặt này so với bề mặt kia được quan sát theo hai mặt phẳng

xác, độ tin cậy cao. Muốn vậy thì từng chi tiết máy phải có kết cấu hợp lý, độ chính

toạ độ vuông góc với nhau. Độ chính xác vị trí tương quan thường được thể hiện

xác và độ bóng bề mặt phù hợp với yêu cầu làm việc, tính chất cơ lý của bề mặt.

riêng trên bản vẽ thiết kế.

Độ chính xác của một chi tiết máy hay một cơ cấu máy là do người thiết kế

+ Độ chính xác hình dáng hình học của chi tiết máy; là mức độ phù hợp của

quy định trên cơ sở yêu cầu làm việc của máy như; độ chính xác, độ ổn định, độ bền

chúng so với hình dáng hình học lý tưởng. Ví dụ như chi tiết hình trụ thì độ chính

lâu, năng suất làm việc, mức độ phức tạp, an toàn tuyệt đối khi làm việc. vv… Tuy
nhiên, quy trình công nghệ mới là yếu tố quyết định cuối cùng độ chính xác đạt
được của chi tiết.
Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học,

tính chất cơ, lý tính bề mặt của chi tiết gia công so với chi tiết lý tưởng trên bản vẽ

gia công mặt phẳng, độ chính xác hình dáng hình học được đánh giá qua độ phẳng
của nó so với độ phẳng lý tưởng.
+ Độ sóng: là chu kỳ không phẳng của bề mặt chi tiết được quan sát trong
phạm vi nhất định (1 đến 100 mm).

thiết kế.
Nói chung, độ chính xác của chi tiết gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và tốn
kém nhất trong quá trình thiết kế cũng như trong quá trình chế tạo.
Trong thực tế không thể chế tạo được chi tiết tuyệt đối chính xác, nghĩa là
hoàn toàn phù hợp về hình học, kích thước cũng như tính chất cơ lý với các giá trị
lý tưởng. Vì vậy dùng giá trị sai lệch của nó để đánh giá độ chính xác gia công của
chi tiết máy, giá trị sai lệch đó càng lớn thì độ chính xác gia công càng thấp.

+ Sai lệch hình học tế vi: còn được gọi là độ nhám bề mặt, được biểu thị
bằng một trong hai chỉ tiêu Ra và Rz. Đây là sai số của bề mặt thực quan sát trong
một miền xác định.
+ Tính chất cơ lý lớp bề mặt của chi tiết gia công: là một trong những chỉ
tiêu quan trọng của độ chính xác gia công, nó ảnh hưởng lớn đến điều kiện làm việc
của chi tiết máy, nhất là các chi tiết máy làm việc trong những điều kiện đặc biệt.

Độ chính xác gia công bao gồm:

Khi đánh giá độ chính xác gia công của một cụm chi tiết, ngoài những yếu tố

+ Độ chính xác của một chi tiết.

cần xem xét cho một chi tiết cần phải kể đến những yếu tố khác nhằm đảm bảo sai

+ Độ chính xác của cụm chi tiết.

số tổng hợp xuất hiện trên một chi tiết bất kỳ trong nhóm đều nhỏ hơn sai số cho

+ Độ chính xác kích thước; là độ chính xác về kích thước thẳng hoặc kích
thước góc. Độ chính xác kích thước được đánh giá bằng sai số kích thước thật so
với kích thước lý tưởng cần có và được thể hiện bằng dung sai của kích thước đó.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

xác hình dáng hình học là độ côn, độ ôvan, độ đa cạnh, độ tang trống vv… còn khi



phép. Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện xác định, mặc dù
những nguyên nhân gây ra từng sai số nói trên của mỗi chi tiết là giống nhau nhưng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




25
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

26
Lớp Cao học K10 – CNCTM

xuất hiện giá trị sai số tổng ở từng chi tiết lại khác nhau. Sở dĩ có hiện tượng như
vậy là do tính chất khác nhau của các sai số thành phần.

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

2.2.2. Sai số do biến dạng nhiệt của máy
Một máy công cụ luôn hoạt động ở trạng thái không ổn định về nhiệt do
nhiệt xuất hiện từ nhiều nguồn. Mọi thay đổi về sự phân bố nhiệt độ của máy công

2.2. Các nguyên nhân gây ra sai số của máy
Có rất nhiều nguyên nhân ảnh hưởng độ chính xác gia công như: sai số hình
học của máy, nhiệt tác động lên hệ thống máy, độ chính xác của hệ thống đường

cụ gây ra biến dạng nhiệt và tác động đến độ chính xác gia công. Các nguồn nhiệt
do ma sát như ma sát trong thiết bị truyền động và hộp tốc độ, ma sát ở ổ đỡ và
sống dẫn hướng, nhiệt xuất hiện do quá trình cắt. Các nguồn nhiệt bên ngoài bao

dịch chuyển, biến dạng đàn hồi của các chi tiết dẫn động, lực quán tính khi hãm, khi

gồm bức xạ nhiệt, ánh nắng mặt trời hay nhiệt độ môi trường. Các nguồn nhiệt

tăng tốc, ma sát, hệ thống điều khiển servo, lực cắt và rung động. Với máy nhiều

chính trong máy công cụ xuất phát từ:

trục, kết quả nhận được là tồn tại cả các sai số dọc trục và sai số vị trí trong không
gian làm việc của máy. Tải trọng làm việc tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công
sẽ gây biến dạng chi tiết gia công, kết quả là cũng tạo ra sai số trên máy công cụ.
Với các máy CNC, các nguồn ảnh hưởng tới độ chính xác gia công của máy
sau đây:

- Ổ lăn.
- Bánh răng và dầu thuỷ lực.
- Bơm và động cơ.
- Thiết bị dẫn động và ly hợp.
- Sống dẫn hướng và vít me bi.

-

Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy.

-

Sai số do biến dạng nhiệt của máy.

-

Sai số do ma sát trong hệ thống dẫn động.

-

Sai số do lực cắt.

-

Sai số do hệ thống điều khiển.

-

Sai số do dao động ngẫu nhiên.

- Quá trình cắt tạo phoi.
- Nguồn nhiệt từ bên ngoài.
Các tác động của các nguồn nhiệt này ảnh hưởng đến sai lệch vị trí, độ thẳng
và sai lệch góc.

* Biện pháp giảm sai số do nhiệt trong quá trình thiết kế

2.2.1. Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy

Việc thiết kế cấu trúc để cải tiến chế độ nhiệt của máy công cụ thực hiện theo
Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy là sai số của máy tồn tại trong
điều kiện không gia công và sai số này không thay đổi theo thời gian , 75% dạng sai
số này xuất hiện do quá trình sản xuất và lắp ráp, nó là tổng hợp của các sai số
hướng trục, sai số độ nghiêng, độ đảo và sai số hướng tâm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

các hướng sau:
- Giảm các nguồn sinh nhiệt và tác động của nhiệt đến máy: Gắn động cơ và
hộp tốc độ bên ngoài máy.
- Phân tán nhiệt do ma sát tại ổ đỡ và thiết bị dẫn động.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

27
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

28
Lớp Cao học K10 – CNCTM

- Xem xét khả năng biến dạng nhiệt giữa dụng cụ và phôi để giảm thiểu sai
số này khi thiết kế máy.

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

2.2.4. Sai số do sống trƣợt
Trong máy CNC, có hai loại sống dẫn hướng được sử dụng, sống dẫn hướng

* Biện pháp giảm sai số nhiệt trong quá trình sử dụng

lăn và sống dẫn hướng trượt. Với sống dẫn hướng trượt, để bàn máy chuyển động

Sai số vị trí do sự giãn nở nhiệt của vít me bi là yếu tố đầu tiên cần phải làm

thì yêu cầu lực truyền phải lớn hơn so với sống dẫn hướng lăn. Với sống dẫn hướng

giảm đi. Phần lớn lực ma sát trong hệ dẫn động được sinh ra do vít me bi. Kết quả

trượt, ma sát trượt lớn nên luôn luôn xuất hiện sai số do dính trượt. Sai số còn xuất

này là do động học phức tạp của cơ cấu vít me bi.

hiện trong quá trình chế tạo sống dẫn hướng và sai số trong quá trình lắp ráp.

Chế độ nhiệt còn phụ thuộc trục có được giãn nở tự do hay không. Để giảm

Sống dẫn hướng lăn có ma sát nhỏ hơn. Tuy nhiên sống dẫn hướng lăn có

sự ảnh hưởng của nhiệt độ có hai phương pháp: Làm mát vít me bi và bù bằng phần

khả năng dập rung động kém hơn loại sống trượt. Các nguồn sai số chính gây ra bởi

mềm.

sống dẫn hướng là:
2.2.3. Sai trong hệ thống dẫn động

-

Chế tạo các chi tiết không chính xác.

Trung tâm gia công VMC 85S hoạt động dựa trên sự tổng hợp chuyển động

-

Mòn sống dẫn hướng.

của các trục X, Y, Z. Quá trình gia công trên máy được thực hiện nhờ sự kết hợp

-

Biến dạng tĩnh do khối lượng và lực cắt.

chuyển động của bàn máy để tạo ra contour và chuyển động của trục mang dao

-

Biến dạng nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ.

cùng với các chế độ của máy tạo ra chế độ gia công.
Chuyển động của các trục, của bàn máy được truyền dẫn từ động cơ servo
qua bộ truyền vít me bi. Cơ cấu truyền dẫn dùng vít me đai ốc bi nên đạt hiệu suất

2.2.5. Sai số do ổ đỡ

truyền dẫn cao, tổn thất công suất nhỏ do hiệu suất của vít me đai ốc bi có thể đạt

Phần lớn máy CNC sử dụng 3 sơ đồ bố trí ổ đỡ khác nhau để đỡ trục vít me.

được trên 90%. Cơ cấu này cho độ chính xác di động cao do khử được khe hở trong

Loại 1 có các ổ cố định tại một đầu và đầu còn lại tự do để vít me giãn ra dễ dàng

mối ghép ren và tạo ra lực căng ban đầu để tăng cứng vứng cho trục. Ở bộ truyền vít

theo sự thay đổi của nhiệt độ. Loại 2 là loại có ổ cố định ở hai đầu vít me làm cho

me bi, các viên bi chuyển động trên các đường xoắn vít. Khi vít me quay, các viên

trục vít me bị uốn khi nhiệt độ tăng. Loại thứ 3 có một đầu cố định còn đầu kia

bi truyền chuyển động dọc trục tới gối đỡ.

được đặt tải từ trước. Loại ổ này làm việc giống như loại ổ đỡ cố định hai đầu ở

Sai số động học của máy xuất phát chủ yếu từ sai số của bộ truyền vít me bi,
sai số này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo vị trí vì bước của vít me bi liên quan
trực tiếp đến các chuyển động tuyến tính.
Ngoài ra sai số vị trí còn bị tác động bởi góc nghiêng của nắp ổ, sự lệch tâm

phạm vi lực nhất địnhvà ngoài khoảng này, nó làm việc như loại một đầu cố định và
một đầu tự do. Các nguồn sai số liên quan đến ổ đỡ là do góc nghiêng của vành ổ
đỡ, sự đồng tâm của trục động cơ servo với các phần lắp ghép.
2.2.6. Sai số do rung động tự do
Tải trọng tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công gây nên biến dạng tạo ra

của trục động cơ servo với các phần ghép nối.

sai số hình học của chi tiết trong quá trình gia công. Độ cứng vững của máy cắt kim

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




29
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

30
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

loại không hợp lý sẽ gây ra sai số về hình dáng của chi tiết gia công. Đặc tính động

Hệ dẫn động servo đóng vai trò quan trọng tới độ chính xác gia công. Động

không đồng đều sẽ dẫn đến hình thành các rung động, có thể dẫn đến làm xấu chất

cơ servo và cơ cấu dẫn động thường được ghép trực tiếp với nhau. Các cơ cấu dẫn

lượng bề mặt gia công tinh; tăng độ mòn máy, gãy dụng cụ và phá huỷ cả chi tiết
gia công và máy. Dưới điều kiện gia công kéo dài, có hai loại rung động xảy ra:
- Rung động cưỡng bức: Rung động cưỡng bức do sự mất cân bằng khi vật

động bằng đai răng cũng được sử dụng rộng rãi.
Vị trí thực được đo bằng cơ cấu đo đường dịch chuyển và được truyền đi
dưới dạng tín hiệu số.

thể quay.
- Tự rung: Hệ thống rung động tại một hoặc nhiều tần số khi không có các

Hạn chế chính với cả hai hệ thống đo là sự định vị điểm đo và đầu dụng cụ

lức bên ngoài. Khi tần số kích thích ở cùng tần số tự rung sẽ tạo ra hiện tượng cộng

có sự sai lệch về khoảng cách. Vì sai lệch về khoảng cách này, các sai số nhỏ đã

hưởng.

được khuếch đại. Cả bộ mã hóa quay và tuyến tính đều không thể đo được các ảnh
hưởng của sai số Abbe.
Có hai loại nội suy cơ bản là nội suy tuyến tính và nội suy liên tục. Các phép

2.2.7. Sai số do tải tĩnh và động

nội suy khác dựa trên hai loại nội suy này.

Các tải tĩnh của máy cộng cụ là kết quả của lực gia công và khối lượng của
chi tiết gia công, khối lượng của bàn dao, các thiết bị và các thành phần máy. Tải
trọng tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công tạo ra sự biến dạng, gây ra các sai số
hình học.

Trong sự chuyển đổi dữ liệu gia công đầu vào, sai số phụ thuộc loại nội suy
được sử dụng. Các nguồn sai số có thể là:
- Các hằng số thời gian cao.

Các lực dẫn đến sự biến dạng của bộ phận dẫn động gây ra sự dịch chuyển vị
trí bàn dao. Chúng gồm các lực quán tính gây ra bởi gia tốc của cơ cấu trượt, lực gia
công và ma sát trong trục chính. Các nhân tố động khác như mômen xoắn của động
cơ, bộ khuyếch đại của cơ cấu dẫn động vv… cũng ảnh hưởng tới hệ thống điều

- Sự biến thiên trong các bộ khuếch đại vận tốc của các vòng điều khiển vị trí
riêng lẻ.
- Sự biến thiên động lực của các cơ cấu dẫn động.

khiển vị trí.
2.2.8. Sai số do hệ thống điều khiển truyền động servo
Dữ liệu đầu vào được chuyển đổi bởi hệ thống điều khiển thành điện áp xung

- Tín hiệu phi tuyến.
Với nhiều cơ cấu điều khiển hiện đại như: Sinumerik 840D và Heidenhain

(PPS). Dữ liệu này dùng để dẫn động bàn quay hoặc cơ cấu chấp hành khác tới vị trí

TCN 426/TNC 430 có điều khiển ăn tới có thể thực hiện khử sự không chính xác

đã được lập trình.

gây nên bởi sai số trên và các cấp chính xác cao có thể đạt được thậm chí với tốc độ
gia công cao.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




31
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

32
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

2.3. Kết luận

giả chọn hướng nghiên cứu chế độ công nghệ gia công nhằm nâng cao độ chính xác

Các máy công cụ CNC có cấu trúc và cơ cấu điều khiển rất phức tạp và rất

biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC – 85S.

nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Các nguồn sai số của máy công cụ có thể được
chia ra làm hai loại: các sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Các sai số hệ thống có
thể được mô tả và dự báo giá trị trong vùng làm việc của máy công cụ. Các sai số
ngẫu nhiên rất khó xác định và rất phức tạp để có thể mô tả. Các sai số hình học là
sai số quan trọng nhất trong các sai số hệ thống, sai số hình học có khả năng lặp lại
và tăng dần theo thời gian. Máy công cụ cũng làm việc trong trạng thái mất ổn định
do sự biến dạng nhiệt. Có hai nguồn nhiệt chính gây lên sự biến dạng này là nguồn
nhiệt từ bên ngoài (nhiệt độ môi trường) và nguồn nhiệt từ bên trong được hình
thành bởi ma sát bên trong của các thành phần khác nhau của máy. Các đặc tính
động học không đều sẽ dẫn đến hình thành rung động, có hai loại rung động là rung
động tự rung và rung động cưỡng bức. Hệ thống điều khiển và hệ thống đo của máy
tự tác động đến sự hiệu chỉnh sai số. Loại vòng nửa kín thì không có hệ thống đo
lường trực tiếp. Đối với với vòng nửa kín, bước của vít me được sử dụng để tính
toán vị trí của bàn máy, trong khi đó hệ thống đo lường vòng kín đo được tham biến
trực tiếp bằng thang đo.
Như đã phân tích ở trên, có rất nhiều nguyên nhân nguyên nhân gây ra sai số
gia công. Việc khử từng nguyên nhân gây sai số là một biện pháp hoàn chỉnh nhưng

rất tốn kém và đôi khi không thực hiện được do các thiết bị gia công các bộ phân
chính của máy CNC có độ chính xác không cao và nhiều nguyên nhân khác ảnh
hưởng đến độ chính xác hiện vẫn không xác định được rõ ràng. Vì vậy, để nâng cao
độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC – 85S, tác

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




33
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

34
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

CHƢƠNG III. NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG KHI GIA CÔNG

Lớp Cao học K10 – CNCTM

3.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm

BỀ MẶT TRỤ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC – 85S

3.2.1. Trung tâm gia công VMC – 85S

3.1. Mô hình nghiên cứu

Trung tâm gia công VMC – 85S do hãng Maximart của Đài Loan sản xuất

Để nâng cao được độ chính xác biên dạng khi gia công bề mặt trụ trên trung
tâm gia công VMC – 85S, tác giả chọn giải pháp nghiên cứu theo hướng sau:

năm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD, máy có khẳ năng tích hợp CAD/CAM với
bộ mã ISO code hoặc Fanuc code qua cổng RS232.
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy
Thông số

Đơn vị

Kích thƣớc

Kích thước bàn làm việc

Mm

515 x 1050

Hành trình theo trục X

Mm

850

Hành trình theo trục Y

Mm

560

Hành trình theo trục Z

Mm

520

Đường kính trục chính

Mm

65

Tốc độ cắt (chạy dao)

mm/phút

1 – 5000

mm/phút

12000

mm/phút

10000

Công suất động cơ

Kw

3,7 – 5,5

Động cơ Servo X, Y, Z

Kw

0,55 – 3,5

Trọng lượng

Kg

4200

Phôi thép 45

Quy trình
công nghệ

Tính toán sai
số biên dạng

Trung tâm gia
công VMC-85S

Máy đo 3D
CMM-C544
Chi tiết gia công

Tốc độ dịch chuyển nhanh theo
X, Y
Tốc độ dịch chuyển nhanh theo
Z

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




35
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

36
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Tốc độ quay trục chính

Vòng/phút

60 – 8000

Ổ dao

Loại 16 dao

BT 40

Kích thước tổng thể

Mm

3500 x 3020 x 2520

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

Máy CMM thường được thiết kế với 3 phần chính:
1 – Thân máy
2 - Đầu dò
3 – Giá mang đầu đo

3
3.2.2. Máy đo tọa độ 3 chiều CMM – C544
3.2.2.1. Cấu hình cơ bản của máy
Máy đo tọa độ CMM dùng để đo các thông số hình học theo phương pháp

1
2

tọa độ. Thông số cần đo được tính từ các tọa độ điểm đo so với gốc tọa độ của máy.

Các loại máy này còn được gọi là máy quét hình vì chúng còn được dùng để quét
hình dáng của vật thể. Có hai loại máy đo tọa độ thông dụng là máy đo bằng tay
(đầu đo được dẫn động bằng tay) và máy đo CNC (đầu đo được điều khiển tự động

1

bằng chương trình số).
Các máy đo tọa độ CMM hoạt động theo nguyên lý dịch chuyển đầu dò để
xác định tọa độ các điểm trên bề mặt của vật thể. Máy đo tọa độ thường là các máy
đo tọa độ theo cả 3 phương chuyển vị X,Y, Z. Bàn đo được làm bằng đá granit, đầu

Hình 3.1. Cấu tạo máy CMM – C544

đo được gắn trên giá lắp trên thân trượt theo phương Z, khi đầu đo được điều chỉnh

Khi quét bằng phương pháp này thì đầu dò của máy tiếp xúc với bề mặt cần

đến một điển đo nào đó thì đầu đọc sẽ cho ta biết tọa độ X, Y, Z tương ứng theo 3

đo, mỗi vị trí đo có tọa độ (x, y, z) và tập hợp các điểm đó sẽ cho một đám mây

trục với độ chính xác khá cao, có thể lên đến 0,1m.

điểm hoặc dữ liệu biên dạng đường, mặt hay của cả chi tiết.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

37
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

38
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Hình 3.2. Các loại đầu đo cho máy CMM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

- Scanpak: Dùng để số hóa biên dạng 3D của vật thể, chuyên dùng để quét

Với hệ thống đầu đo cho máy CMM, người ta có thể sử dụng loại đầu đo tiếp
xúc hay đo điểm rời rạc, hệ thống đầu đo laser hoặc camera. Máy đo CMM đa cảm
biến có thể được trang bị một lúc nhiều hơn một cảm biến, camera hoặc đầu dò.
Đối với loại đầu đo CNC có chuyển vị rất êm, nhẹ nhàng nhờ dùng dẫn trượt
trên đệm khí nén. Để kết quả đo tin cậy, áp suất khí nén cần phải được đảm bảo như
điều kiện kỹ thuật của máy đã đặt ra nhằm bảo đảm đệm khí đủ áp suất và làm việc
ổn định. Các máy của hãng Mitutoyo thường có yêu cầu áp suất khí nén là 0,4 Mpa
với lưu lượng 40 lít/phút ở trạng thái bình thường. Máy phải được vận hành ở nhiệt
độ thấp từ 16 – 260 C.

biên dạng và bề mặt 3D dùng cho thiết kế tái tạo ngược.
- Gearpak: Chuyên dùng cho đo bánh răng chuyển dữ liệu từ máy CMM sang

máy kiểm tra bánh răng.
- Tracepak: Chương trình quét vật thể 3D cho máy CMM vận hành bằng tay.
Máy CMM có nhiều chủng loại khác nhau về kích cỡ, thiết kế và công nghệ
dò. Máy có thể chỉ có hệ điều khiển thủ công (Manual), hoặc có hệ điều khiển
CNC/PC. Các máy CMM thường được sử dụng để đo kích thước, đo kiểm mẫu,
lược đồ góc, hướng hoặc chiều sâu, số hóa hoặc tạo hình. Các tính năng chung của
máy CMM là có hệ thống bảo vệ chống va đập, thiết kế ngược, phần mềm SPC bù
nhiệt độ. Các thông số cơ bản được quan tâm của máy là các hành trình đo theo trục

Loại máy được dẫn động bằng tay vận hành đơn giản, nhẹ nhàng nhờ dùng

X, Y, Z, độ phân giải và trọng lượng vật đo.

dẫn trượt bi, tuy nhiên loại này có độ chính xác thấp hơn.
Máy đo 3 tọa độ có phạm vi sử dụng lớn, nó có thể đo kích thước chi tiết, đo
profine, đo góc, đo độ sâu… , cũng có khả năng đo các thông số phối hợp trên một
chi tiết như độ song song, độ vuông góc, độ phẳng…Đặc biệt máy có thể cho phép
đo các chi tiết có biên dạng phức tạp, các bề mặt không gian ví dụ như bề mặt
khuôn mẫu, cánh tuabin, vỏ xe ô tô vv…

3.2.2.2. Tính năng kỹ thuật cơ bản

Dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thết kế

Kiểu máy

cho từng loại thông số cần đo. Mỗi hãng chế tạo máy CMM đều có những phần
mềm khác nhau. Mỗi phần mềm có thể có nhiều môđun riêng biệt ứng dụng cho
từng loại thông số cần đo. Ví dụ máy CMM của hãng Mitutoyo có các phần mềm

Khoảng đo

Beyond Crystal C544
Trục X

505 mm

Trục Y

405 mm

Trục Z

405 mm

(môđun) như sau:
- Geopak: có nhiều cấp độ khác nhau, dùng cho đo lường vật thể 3D, có thể
xuất sang file dạng *.gws để chuyển đổi dữ liệu đo thành dữ liệu chuỗi điểm phục

Độ chính xác ở nhiệt độ 200C 10C theo tiêu chuẩn MPEE = (1,7 + 4L/100)m

vụ cho việc thiết kế chi tiết bằng phần mềm Pro/Engineer hoặc các phần mềm khác.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

39
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

40
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Chuẩn chiều dài

Thước kính mã hóa

Độ phân dải

0,0001 mm
Sử dụng đệm khí trên các

Phương pháp dẫn hướng

trục dẫn

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Điện áp

Lớp Cao học K10 – CNCTM

Một pha 220V/50Hz

- Đầu quét tín hiệu tương tự SP600M (Analogue Scanning Probe), hang
Renishaw – Anh sản xuất.

- Phần mềm Geopak – Win (do hãng phần mềm Cosmos viết sử dụng cho
máy đo tọa độ không gian 3D) tích hợp trên máy tính cài WinXP

Tốc độ điều kiển cực đại khi chạy tự động

520mm/s

Tốc độ điều kiển cực đại khi chạy Joystick

80mm/s

Tốc độ đo cực đại

8mm/s

Gia tốc đo lớn nhất

2,3 m/s

3.2.3. Phần mềm thiết kế CAD/CAM

Các yêu cầu liên quan đến
vật đo

Kích thước bàn đặt phôi

Chiều cao lớn nhất

545 mm

CAD/CAM là hệ thống thiết kế và gia công với sự trợ giúp của máy tính.
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin , CAD/CAM đã được ứng dụng
nhanh chóng trong công nghiệp vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản
phẩm có thể thay đổi mẫu mã hoặc lựa chọn phương án gia công tối ưu một cách
nhanh chóng, chính xác và linh hoạt. Đặc biệt trong kỹ thuật tái tạo ngược từ sản
phẩm đã có thì việc xử lý các dữ liệu từ máy đo và xây dựng lại bản vẽ 3D thì

Khối lượng lớn nhất

không thể không dùng các phần mềm CAD/CAM.

Kích thước

638 x 860 mm

Vật liệu

Đá granit có độ không
phẳng nhỏ hơn 0,0009
mm

3.2.3.1. Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD
CAD được định nghĩa là một hoạt động thiết kế liên quan đến việc sử dụng

Kích thước máy

Chiều dài

1160 mm

máy tính để tạo lập , sửa chữa hoặc trình bày một thiết kế kỹ thuật. CAD có liên hệ

Chiều rộng

1122 mm

chặt chẽ với hệ thống đồ họa máy tính. Các lý do quan trọng có thể kể đến khi sử

Chiều cao

1185 mm

Khối lượng máy
Năng lượng cung cấp

dụng hệ thống CAD là khả năng tăng hiệu quả làm việc cho người thiết kế, nâng

515 Kg

Khí nén

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

0,4 Mpa, lưu lượng trung
bình: 50 lit/phút



cao chất lượng trình bày thiết kế và tạo lập cơ sở dữ liệu cho sản xuất. Các bước
tiến hành thiết kế với CAD: Tổng hợp, xây dựng mô hình động học, phân tích tối ưu

hóa (phân tích kỹ thuật), trình bày thiết kế (tự động ra bản vẽ).
3.2.3.2. Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính CAM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




41
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

42
Lớp Cao học K10 – CNCTM

CAM được định nghĩa là việc sử dụng máy tính trong lập kế hoạch, quản lý
và điều khiển quá trình sản xuất. Các ứng dụng của CAM được chia làm 2 loại
chính: Lập kế hoạch sản xuất và điều khiển sản xuất.

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

sử dụng được những phần mềm lập trình tự động. Việc hiểu rõ và sử dụng thành
thạo các phần mềm này là hết sức cần thiết đối với kỹ sư chế tạo máy.
Mastercam là phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng rãi ở Châu
Âu và trên thế giới, đồng thời nó cũng được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam.

3.3. Phần mềm Mastercam
Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế
tạo các sản phẩm công nghiệp ngày càng phổ biến ở Việt Nam. Cùng với sự phát

triển công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp được phát triển nhanh

Mastercam có khả năng thiết kế công nghệ cho các máy CNC năm trục, máy tiện
CNC bốn trục, máy cắt dây bốn trục, máy khoan CNC ba trục…
Cơ bản về phần mềm Mastercam:

chóng. Nó đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh

Trong môi trường Mastercam có 4 mô đun chính:

vực cơ khí.

-

Mastercam Design: mô đun thiết kế chung.

-

Mastercam Lathe: mô đun gia công tiện.

-

Mastercam Wire: mô đun gia công cắt dây.

-

Mastercam Mill: mô đun gia công phay.

Việc lập trình gia công tự động dùng hệ thống CAD/CAM, CNC được thực
hiện qua 3 bước chính:

1- CAD: Vẽ lại chi tiết cần gia công trên một phần mền CAD. Nhiệm vụ
chính là tạo dạng hình học của chi tiết cần gia công và có thể có cả hình vẽ chi tiết
lồng phôi.

Theo yêu cầu của đề tài là cần tiến hành thực nghiệm trên trung tâm gia công
đứng VMC – 85S, nên trong phần này chúng tôi sẽ trình bày mô đun phay.

2- CAM: Bước này yêu cầu hai dữ liệu đầu vào, cơ sở hình học chi tiết và dữ
liệu công nghệ để sinh đường dụng cụ. Đầu ra là một file NCI chứa tất cả các giá trị
tọa độ đường cắt, thông tin gia công, lượng chạy dao, tốc độ trục chính, lệnh điều
khiển, làm nguội vv…
3- Postprocessor: Postprocessor lcaf chuyển những file NCI sang dạng mã
NC mà bộ điều khiển có thể đọc. Các bộ điều khiển này có thể khác nhau do khác

3.3.1. Giao diện
Giao diện có 3 phần chính:
* Thanh công cụ cung cấp các biểu tượng truy cập nhanh tới các lệnh.

mẫu chuẩn, do đó ta cần tạo ra một “dedicate Postprocessor” phù hợp với mỗi sự
kết hợp bộ điều khiển và máy. Trước khi chuyển các file NCI sang dạng NC, cần
phải biết được hệ điều khiển nào được dùng trên máy gia công.
Đối với những chi tiết phức tạp như các mặt 3D, các đường cong phi tuyến

* Menu chính

thì việc lập trình bằng tay là hết sức phức tạp, tốn nhiều công sức mà không hiệu
quả. Để tận dụng hết khả năng của máy điều khiển số, yêu cầu người thiết kế phải
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




43
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

44
Lớp Cao học K10 – CNCTM

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

- Gia công lỗ (Hole).
- Gia công mặt 3 D (Surface).
3.3.3. Quá trình phay
Các bước cơ bản để tạo một chương trình phay:
Bước 1: Vẽ chi tiết gia công (Drawing).
Chi tiết gia công được vẽ 2D hoặc 3D tùy thuộc vào yêu cầu gia công. Bước
này có thể thực hiện trên Mastercam hoặc một phần mềm CAD khác, như
SolidWorks, Inventor, AutoCAD… sao cho Mastercam có thể đọc được.
Bước 2: Định nghĩa phôi (Job setup).
* Menu thứ cấp:

Mastercam cần biết được kích thước cụ thể. Truy cập tới form định nghĩa
phôi theo đường dẫn : Main menu  Toolpaths  Job setup. Có thể nhập trực tiếp
kích thước phôi hoặc kích vào chọn 2 điểm giới hạn trên màn hình vẽ. Chọn vật liệu

phôi, chọn Post Processor, kích OK hoàn thành bước 2.
Bước 3: Chọn đường dụng cụ
Đây là bước quan trọng nhât, phần trọng tâm của Mastercam.
Bước 4: Xuất chương trình (Post Processor)
Từ Form Operation Manager kích post để điều khiển việc xuất ra file NC,
NCI. Nếu nối trực tiếp vào máy gia công, ta có thể đưa dữ liệu thẳng xuống cổng

3.3.2. Các dạng gia công cơ bản trên mô đun phay

máy.

Quá trình phay trên cac máy phay CNC và trung tâm gia công sử dụng 6
dạng gia công chính:

Quá trình lập trình gia công tự động đến đây kết thúc.
3.4. Chế độ gia công

- Phay mặt (Face).

3.4.1. Các phƣơng chạy ăn dao

- Phay theo biên dạng (Contour).

Để phay một chi tiết có biên dạng bề mặt là hình trụ (trụ trong hoặc trụ
ngoài), có nhiều phương án chạy dao: phương pháp chạy dao hướng kính, phương

- Phay hốc (Pocket).
- Phay rãnh (Slot).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




45

46

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

pháp chạy dao tiếp tuyến, phương pháp chạy dao theo kiểu hai đường tròn tiếp xúc
nhau…vv

Trường đại học KT – CN Thái Nguyên

Lớp Cao học K10 – CNCTM

Hình 3.4. Sơ đồ chạy dao tiếp tuyến
Sơ đồ chạy dao kiểu tiếp tuyến chung của hai đƣờng tròn:

BÒ mÆt gia c«ng
Dao

Ph«i

Sơ đồ chạy dao hƣớng kính:

BÒ mÆt gia c«ng
Dao

Ph«i
Hình 3.5. Sơ đồ chạy dao kiểu tiếp tuyến chung của hai đường tròn
Ta thấy rằng, nếu khi gia công mà cho dao ăn vào theo kiểu thẳng góc như
hình 3.3 thì khi đó chiều sâu cắt sẽ tăng lên đột ngột, lực cắt khi bắt đầu ăn dao sẽ
lớn, dẫn đến làm hệ thống công nghệ (dao, phôi, …) bị biến dạng mạnh. Điều này
ảnh hưởng đến độ chính xác gia công và đặc biệt là ảnh hưởng đến độ chính xác

Hình 3.3.Sơ đồ chạy dao hướng kích

biên dạng (kích thước và hình dáng hình học) của chi tiết gia công. Trong trường
hợp này nó làm giảm độ chính xác biên dạng bề mặt gia công.

Sơ đồ chạy dao tiếp tuyến:

Nếu cho dao ăn vào theo kiểu tiếp tuyến như ở hình 3.4. thì khi đó chiều sâu

Dao

cắt sẽ tăng dần lên (hình 3.6) kéo theo đó là lực cắt cũng tăng dần lên, điều này sẽ

BÒ mÆt gia c«ng

làm giảm bớt sự biến dạng của hệ thống công nghệ, và đặc biệt nếu cho dao ăn vào
theo kiểu hai đường tròn tiếp xúc nhau như ở hình 3.5 thì chiều dầy cắt sẽ tăng lên
dần lên theo miền giao nhau của 2 đường tròn (hình 3.7), trong trường hợp này, sự

biến dạng của hệ thống công nghệ sẽ giảm hơn hẳn so với hai trường hợp ăn dao

Ph«i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên