Xây dựng các bài thực hành trên máy tiện CNC để nâng cao chất lượng đào tạo tại trường cao đẳng công nghiệp nam định
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.17 MB, 97 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
KHỔNG KHẮC HIẾU
PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƢƠNG PHÁP HÌNH
THÀNH ĐƢỜNG DẪN DỤNG CỤ TRONG CAD/CAM/CNC
UẬN V N THẠC S K THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY
HÀ NỘI - 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
KHỔNG KHẮC HIẾU
PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƢƠNG PHÁP HÌNH
THÀNH ĐƢỜNG DẪN DỤNG CỤ TRONG CAD/CAM/CNC
UẬN V N THẠC S K THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY
UẬN V N THẠC S K THUẬT
Ngƣời hƣớng dẫn: Ts. Bùi Quý ực
HÀ NỘI - 2012
MỤC ỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ 1
ỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................... 3
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ 5
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 6
2.1. Mục đích nghiên cứu. ..................................................................................... 6
2.2. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 6
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM/CNC ....................................................... 8
1.1.1. Giới thiệu về CAD/CAM ............................................................................. 8
1.1.2. Giới thiệu về CNC ....................................................................................... 9
1.2.1. Đối tượng phục vụ của CAD/CAM ........................................................... 11
1.2.2. Vai trò của CAD/CAM trong chu trình sản phẩm ...................................... 12
Chƣơng 2: ĐƢỜNG DỤNG CỤ TRONG GIA CÔNG CAD/CAM/CNC ............... 15
2.7.1. Ảnh hưởng của kiều đường dụng cụ: parallel, spiral, radial ....................... 25
2.7.2. Ảnh hưởng của bước tiến dao: cắt thuận, cắt nghịch, hay hỗn hợp. ............ 26
2.7.3. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa 2 vị trí đường chạy dao liên tiếp: sidestep hay spacing hay stepover. ............................................................................ 26
2.7.4. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điểm liên tiếp trên đường dụng cụ. . 27
2.8.1. Tổng quan và nghiên cứu sinh đường dụng cụ ........................................... 29
2.8.2. Phương pháp đẳng tham số (Iso-parametric) sinh đường dụng cụ gia công
các bề mặt cong Free-form .................................................................................. 35
2.8.3. Phương pháp mặt đẳng dốc (Iso-phote) sinh đường dụng cụ để gia công
các bề mặt free-form. .......................................................................................... 41
2.8.5. Phương pháp không gian hình thể C - Space (Configuration Space) để sinh
đường dụng cụ cho phay cao tốc khuôn mẫu ....................................................... 47
2.8.6. Mô hình khối rắn và phương pháp sinh đường dụng cụ ............................. 53
Chƣơng 3: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƢƠNG PHÁP
HÌNH THÀNH ĐƢỜNG DẪN DỤNG CỤ TRONG CAD/CAM/CNC .................. 64
3.1.1. Giới thiệu sơ lược về phần mềm Delcam ................................................... 64
3.1.2.Kết nối với máy ĐKS ................................................................................. 71
3.2.1.Chọn máy phay .......................................................................................... 74
3.2.2. Chọn dụng cụ cắt ....................................................................................... 75
KẾT UẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 90
TÀI IỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 92
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là do bản thân tôi
thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.Bùi Quý Lực - Viện Cơ khí, Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã liệt kê, các số liệu và kết quả
thực nghiệm trên máy là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình
nào khác.
Hà Nội, Ngày .......tháng 9 năm 2012
Tác giả
Khổng Khắc Hiếu
- 1 -
ỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ts.Bùi Qúy
ực - Viện Cơ khí - Trường Đại
học Bách khoa Hà Nội, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài
đến quá trình viết và hoàn chỉnh luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau đại học, Viện
Cơ khí của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn
thành luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn lãnh đạo Khoa cơ khí - Vũ khí- Trường Cao
đẳng Công nghiệp Quốc phòng đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại Trung tâm
Công nghệ cao của nhà trường.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, các nhà khoa học
và các bạn đồng nghiệp để có kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình công tác sau này.
Tác giả
Khổng Khắc Hiếu
- 2 -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Nội dung
TT
Trang
13
2.
Hình 1.1- Sơ đồ chu trình sản xuất theo công nghệ truyền thống
Hình 1.2- Sơ đồ chu trình sản xuất theo công nghệ CAD/CAM
3.
Hình 2.1- Đường dụng cụ gia công CONTOUR 2D
18
4.
Hình 2.2- Đường dụng cụ trong gia công 2D
18
5.
Hình 2.3 - Đường dụng cụ trong gia công 3D
19
6.
Hình 2.4 - Đường chạy dao theo dạng gạch mặt cắt
20
7.
Hình 2.5- Tối ưu hóa quỹ đạo đường chạy dao
21
8.
Hình 2.6- Chạy dao theo contour
21
9.
Hình 2.7- Phương án chạy dao ăn theo trục Z
22
1.
14
10. Hình 2.8- Phương án chạy dao ăn theo tia
23
11. Hình 2.9- Các kiểu đường dụng cụ
24
12. Hình 2.10- Sinh đường dụng cụ theo kiểu Parallel
25
13. Hình 2.11- Sinh đường dụng cụ theo kiểu Spiral
25
14. Hình 2.12- Ảnh hưởng của hướng tiến dao đến đường dụng cụ
25
15. Hình 2.13- Bề mặt thực và bề mặt lý thuyết theo dung sai gia công
29
16. Hình 2.14- Các phương pháp sinh đường định vị dụng cụ CL
31
17. Hình 2.15- Phương pháp CC với đầu dao phẳng
32
18. Hình 2.16- Đường dụng cụ song song
34
19. Hình 2.17- Đường dụng cụ song song với đường bao
34
20. Hình 2.18- Các đường cong tham số u, v của bề mặt
37
21. Hình 2.19- Gia công theo đường cong tham số u, v
38
22. Hình 2.20- Tính bước tiến ngang
46
23. Hình 2.21- Xác định lượng offset
46
24. Hình 2.22 - Hình chiếu của Ci lên mặt phẳng
47
25. Hình 2.23- Cấu trúc của một C-Space cho phay CNC 3 trục
49
26. Hình 2.24- Bề mặt offset dụng cụ ngược ITO
50
27. Hình 2.25- Sơ đồ Z - Map
53
- 3 -
28. Hình 2.26- Cơ sở dữ liệu của đường dụng cụ 2D (polyline)
59
29. Hình 2.27- Xấp xỉ cung tròn thành các đoạn thẳng
60
30. Hình 2.28- Các vị trí tương quan giữa dụng cụ và phôi
61
31. Hình 3.1- Mô hình chức năng gia công trong Power Shaope
66
32. Hình 3.2- Các chức năng của Surfacer
33. Hình 3.3- Các chức năng của Solid Feature
67
34. Hình 3.4- Các chức năng của PS-Electrode
68
35. Hình 3.5- Các chức năng của PS-Moldmaker
69
36. Hình 3.6- Các chức năng của Drafting tutorial
69
37. Hình 3.7- Lựa chọn phương pháp chạy dao
70
38. Hình 3.8- Lựa chọn chế độ cắt
71
39. Hình 3.9- Sơ đồ kết nối với CAM-NC
72
40. Hình 3.10- Sơ đồ chuyển đổi từ phần mềm khác sang Delcam
75
41. Hình3.11 – Máy phay CNC 3 trục EcoMill 350
76
42. Hình 3.12-Một số loại dao phay ngón sử dụng gia công chi tiết
76
chuột 3.13- Bản vẽ con chuột máy tính trong môi trường CAM
43. Hình
77
44. Hình 3.14-Chọn dụng cụ cắt
78
45. Hình 3.15-Chọn thông số dao
78
46. Hình 3.16-Chọn chiều sâu lớp cắt
79
47. Hình 3.17-Chọn chế độ cắt và mô phỏng chạy dao
79
48. Hình 3.18-Chọn chiến lược chạy dao
81
49. Hình 3.19-Mô phỏng đường chạy dao
82
50. Hình 3.20- Chiến lược chạy dao Const Z
84
- 4 -
68
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
NC (Number Control) – Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính
CIM ( Computer Integrated Manufacturing ) – Gia công tích hợp
APT ( Automatically Programed Tools) – Máy công cụ đƣợc lập trình tự động
CRT (Cathode Ray Tube ) – Ống tia Catốt
IGES (Initial Graphics Exchange Specification ) – Kỹ thuật mô hình khung dây.
CGM (Computational Geometric Model) – Mô hình hình học số
CW (Counter clockwise) - Chiều quay thuận chiều kim đồng hồ
DNC (Direct Numerical Control) - Hệ điều khiển DNC
FMS (Flexible Manufacturing System ) - Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
TĐH- Tự động hoá
QTSX – Quy trình sản xuất
- 5 -
PHẦN MỞ ĐẦU
1. ý do chọn đề tài
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ trên tất cả
các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng
sản phẩm, mức độ phức tạp và mức độ tự động hoá trong sản xuất. Vì vậy ngành cơ
khí đòi hỏi phải có nguồn nhân lực có tay nghề cao trong việc lập trình cũng như
việc vận hành máy CNC để gia công các sản phẩm có hình dạng phức tạp và độ
chính xác cao. Đây là một yêu cầu cấp bách đối với đào tạo kỹ thuật hiện nay.
Nhằm hiện thực hóa mục tiêu trên, các doanh nghiệp cơ khí và các cơ sở đào
tạo trong nước đã và đang đầu tư ngày càng nhiều các máy công cụ hiện đại. Tuy
nhiên việc khai thác và sử dụng sao cho có hiệu quả về cả về khía cạnh kinh tế cũng
như kỹ thuật đang gặp nhiều khó khăn do thiếu đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên có trình
độ cao về công nghệ, có khả năng tiếp cận, làm chủ và khai thác có hiệu quả các
máy CNC trong gia công cơ khí.
Xuất phát từ những lý do trên tác giả đã lựa chọn đề tài “ Phân tích và đánh
giá các phương pháp hình thành đường dẫn dụng cụ trong CAD/CAM/CNC ” làm
đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của mình.
2. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
2.1. Mục đích nghiên cứu.
Nghiên cứu các phương pháp hình thành đường dẫn dụng cụ trong
CAD/CAM/CNC và lập trình gia công sản phẩm trên máy phay CNC để chứng
minh từng chuyển động chạy dao trên máy CNC (máy phay).
2.2. Đối tượng nghiên cứu
- Phân tích và đánh giá các phương pháp hình thành đường dẫn dụng cụ
trong CAD/CAM/CNC
- Nghiên cứu phần mềm CAD/CAM và xây dựng bài tập thí nghiệm lập
trình gia công sản phẩm trên máy phay CNC.
- 6 -
3. Nội dung nghiên cứu
- Phân tích và đánh giá các phương pháp hình thành đường dẫn dụng cụ
trong CAD/CAM/CNC
- Nghiên cứu tổng quan về phần mềm Delcam
- Giới thiệu về lập trình gia công trên máy phay CNC (máy phay Emco Mill
305).
- Xây dựng bài tập thí nghiệm trên máy phay CNC Emco Mill 305.
- Truyền chương trình gia công dạng G code từ máy tính sang máy CNC.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí
nghiệm trên máy phay CNC Emcomill 350:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Thí nghiệm .
- Phân tích và đánh giá kết quả.
5. Nội dung của luận văn
Chương 1: Tổng quan về CAD/CAM/CNC.
Chương 2: Đường dụng cụ trong gia công CAD/CAM/CNC.
Chương 3: Thí nghiệm phân tích đánh giá các phương pháp hình thành
đường dẫn dụng cụ trong CAD/CAM/CNC .
- 7 -
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM/CNC
1.1. Giới thiệu về CAD/CAM/CNC
1.1.1. Giới thiệu về CAD/CAM
- Đ nh ngh
về CAD.
CAD là viết tắt của “Computer Aided Design” và được hiểu là Thiết kế kết
sản ph m c sự trợ gi p của máy tính.
Đ nh ngh
về CAM.
CAM là viết tắt của “Computer Aided Manufacturing” và được hiểu là chế
tạo sản ph m c sự trợ gi p của máy tính.
Thực tế CAD và CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ trợ
cho phép biến một ý tưởng trừu tượng thành một vật thể thật. Hai quá trình này thể
hiện rõ trong công việc nghiên cứu thiết kế (Designing) và triển khai chế tạo
(Manufacturing)
Hai lĩnh vực ứng dụng tin học trong ngành cơ khí chế tạo máy này có nhiều
điểm giống nhau bởi chúng đều dựa trên cùng một chi tiết cơ khí và ứng dụng dữ
liệu tin học chung đó là các nguồn đồ thị và dữ liệu quản lý.
Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành chế tạo máy được thực hiện liên
tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó.
- Kết quả của CAD: Là một bản vẽ xác định, trên đó biểu diễn đầy đủ các
hình chiếu và kích thước hình học của chi tiết cơ khí với các điều kiện về dung sai,
độ nhám bề mặt và các yêu cầu kỹ thuật.
Bao gồm 3 bước cơ bản:
+ Tổng hợp ( Xây dựng mô hình và mô phỏng động học của kết cấu ).
+ Phân tích và tối ưu hoá ( Phân tích kỹ thuật ).
+ Trình bày thiết kế ( Tự động ra bản vẽ ).
- 8 -
- Kết quả của CAM: Cụ thể đó là chi tiết cơ khí, trong CAM không đưa ra sự
biểu diễn hình học của thực thể mà thực hiện một cách cụ thể công việc. Việc chế
tạo bao gồm các vấn đề liên quan đến vật thể:
+ Gia công cắt gọt vật liệu.
+ Công suất của trang thiết bị.
+ Các điều kiện sản xuất khác nhau có giá thành nhỏ nhất.
+ Việc tối ưu hoá đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật
của chi tiết cơ khí.
Công cụ điện tử tin học dùng trong nghiên cứu thiết kế là các phần mềm vẽ
( Computer Aided Drawing- CAD) và các phần mềm thiết kế (Computer Aided
Design – CAD). Ta sử dụng chung là CAD cho cả hai phần mềm này.
Từ bản vẽ thiết kế triển khai chế tạo có các phần mềm ứng dụng đó là các
phần mềm chế tạo (Computer Aided Manufacturing – CAM).
Khi tích hợp trên máy tính điện tử các hoạt động thiết kế và chế tạo sản
phẩm được thực hiện tập hợp các đặc trưng của hoạt động CAD/CAM được gọi là
CIM (Computer Integrated Manufacturing – CIM).
Do vậy CIM biểu diễn các hoạt động tương ứng với thiết kế, vẽ, chế tạo và
kiểm tra sản phẩm của một sản phẩm cơ khí.
1.1.2. Giới thiệu về CNC
1.1.2.1. Định nghĩa về điều khiển số:
- Điều khiển số NC ( Numerical Control ) hay điều khiển bằng số là một quá
trình tự động điều khiển các hoạt động của máy trên cơ sở các dữ liệu số được mã
hoá đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.
- Máy theo nghĩa rộng bao gồm: Các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận
chuyển phôi và chi tiết gia công.
- Dữ liệu số được mã hoá bao gồm: Các chữ số, số thập phân, các chữ cái.
- 9 -
- Các chữ số và ký tự biểu hiện đặc tính gia công như: Kích thước của chi
tiêt, dụng cụ được yêu cầu, dung dịch trơn nguội, tốc độ vòng quay, tốc độ chạy dao
được tổng hợp thành câu lệnh.
Điều khiển số trong máy công cụ là một phương thức của tự động hoá, trong
đó các chức năng khác nhau của máy được điều khiển bởi các chữ số và các ký
hiệu.
- Dữ liệu đầu vào bao gồm:
+ Các thông tin hình học: Là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động
tương đối giữa dao và chi tiết gia công, liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề
mặt.
+ Các thông tin công nghệ: Là hệ thống các thông tin điều khiển các chức
năng vận hành máy như: Đóng mở trục chính máy, tốc độ chạy dao, số vòng quay
trục chính, chiều sâu cắt….
- Phương pháp truyền thông tin đầu vào: Những thông tin cần thiết để gia
công chi tiết được mã hoá và tập hợp một cách thống nhất thành chương trình gia
công có thể truyền vào bằng:
+ Thông qua các vật mang tin như băng đục lỗ, giấy đục lỗ.
+ Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin ( băng từ, đĩa từ, đĩa CD )
được đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích.
+ Thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển.
+ Được truyền trực tiếp từ bộ nhớ của máy tính điều hành chủ sang hệ điều
khiển số của từng máy gia công ( phương thức truyền DNC ).
- Phương pháp mã hoá thông tin: Con người giao tiếp với máy thông qua một
ngôn ngữ, ngôn ngữ này phải được mã hoá để máy có thể đọc và hiểu được và thực
thi chương trình đó.
+ Mã thập phân: Cơ sở của hệ (mã) thập phân là cơ số 10 ký tự: 0, 1, 2, 3, 4,
5, 6, 7, 8, 9. Hệ này ra đời do lịch sử tính toán phát triển trên 10 ngón tay.
Theo hệ này một số bất kỳ được viết như sau:
- 10 -
54378,29 = 5.104+4.103+3.102+7.101+8.100+2.10-1+9.10-2
+ Mã nhị phân: Cơ sở của mã nhị phân là số 2. Bất kỳ một số nào trong mã
nhị phân đều là tổng của nhiều số mà số hạng của nó là số 2 với cấp số mũ khác
nhau. Các số trong hệ nhị phân là tổ hợp của các số 1 và 0.
+ Mã ISO: Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu để thống nhất các
ngôn ngữ lập trình. Công việc này do hội đồng tiêu chuẩn hoá quốc tế ( Internation
Standart Ogranization-ISO ) chỉ đạo và được gọi là ngôn ngữ ISO. Ngôn ngữ ( mã )
phải đạt được những yêu cầu sau:
Số ký hiệu là nhỏ nhất.
Chữ số đồng nhất.
Nghiên cứu đơn giản.
Số lượng tín hiệu đầy đủ.
Hầu hết các máy CNC hiện nay đều dùng mã ISO.
1.2. V i trò và chức năng củ CAD/CAM trong nền sản xuất hiện đại
1.2.1. Đối tượng phục vụ của CAD/CAM
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo là liên kết các
thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều khiển bởi máy
tính điện tử.
Công việc chuẩn bị sản xuất bao gồm:
- Chuẩn bị về mặt thiết kế (các bản vẽ chi tiết thiết kế sản phẩm, các bản vẽ
lắp của sản phẩm, các cụm máy…).
- Chuẩn bị về mặt công nghệ ( đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu,
thiết lập quy trình công nghệ ).
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ.
- Kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian yêu
cầu.
- 11 -
CAD/CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế
và chế tạo với sự trợ giúp của máy tính được sử dụng để thực hiện một số chức
năng nhất định.
CAD/CAM tạo ra hai dạng hoạt động: Thiết kế và chế tạo.
1.2.2. Vai trò của CAD/CAM trong chu trình sản phẩm
Vai trò của CAD/CAM được thể hiện ở 2 sơ đồ sau:
Khái niệm
SP mới
Nhu cầu
thị trường
Kiểm tra
chất lượng
Thiết kế
SP
Vẽ
chi tiết
Nhu cầu
TTB mới
Kế hoạch
hoá
QTSX
Sản xuất
sản phẩm
Lập biểu
đồ SX
Hình 1.1- Sơ đồ chu trình sản xuất theo công nghệ truyền thống
- 12 -
Tự ĐH
thiết kế
Khái niệm
sản phẩm
mới
Nhu cầu
thị trường
Kiểm tra
chất lượng
TĐH
Kiểm tra
ch/lượng
Vẽ bằng máy
tính điện tử
Thiết kế
Sản phẩm
Vẽ chi tiết
Nhu cầu
TTB mới
KHH
QTSX
Sản xuất
sản phẩm
Lập biểu đồ
sản xuất
Trang thiết bị
kỹ thuật
TĐH KHH
QTSX
Vẽ biểu đồ, lập nhu
cầu nguyên vật liệu
Hình 1.2- Sơ đồ chu trình sản xuất theo công nghệ CAD/CAM
Quan sát hai sơ đồ ta thấy CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động
và chức năng của chu trình sản suất.
Kết luận :
- Giải pháp CAD/CAM/CNC được dùng phổ biến không những trên thế giới
mà còn ở Việt Nam hiện nay vì xu hướng sản xuất tự động hóa trên cơ sở các máy
điều khiển số CNC và các trung tâm gia công CNC
- 13 -
- Giải pháp CAD/CAM/CNC cho phép điều khiển vận hành có hiệu quả các
máy CNC được kết hợp với nhau và tạo thành mạng lưới sản xuất linh hoạt FMS,
trên cơ sở tích hợp Robot công nghiệp.
- Đây là chương lý thuyết làm cơ sở để nghiên cứu các chương sau.
- 14 -
Chƣơng 2
ĐƢỜNG DỤNG CỤ TRONG GIA CÔNG CAD/CAM/CNC
2.1. Các bƣớc ứng dụng CAD/CAM trong gi công bề mặt trên máy
CNC ( máy phay):
Bƣớc 1: Dựng mô hình chi tiết cần gia công: Trước hết phải dựng mô hình
khung dây sau đó có thể dựng mô hình bề mặt hay khối rắn. Tuỳ theo hệ
CAD/CAM mà đòi hòi người thiết kế phải nắm vững các dạng bề mặt, khối rắn để
có thể xây dựng mô hình một cách nhanh chóng và chính xác.
Bƣớc 2: Xác định kế hoạch gia công: Là hoạch định ra các nguyên công cần
thiết và trình tự thực hiện các nguyên công này để gia công được bề mặt chi tiết đã
được mô hình hoá.
Bƣớc 3: Xác định biên giới cắt: Chính là chỉ ra một hoặc nhiều contour bao
vùng cần gia công ở một nguyên công.
Bƣớc 4: Chọn dụng cụ cắt: Tức là chọn tên một dụng cụ đã được khai báo
trong thư viện dụng cụ để sử dụng trong nguyên công hiện hành, các thông số của
dụng cụ như: hình dáng, chiều dài, đường kính…đã được khai báo khi định nghĩa
dụng cụ.
Bƣớc 5: Vào các thông số công nghệ cho quá trình gia công gồm: Bước tiến
cắt F, bước tiến nhanh, bước tiến cắm thẳng (Z-plug feed), chiều dài và tốc độ trục
chính S, có dung dịch tưới nguội hay không….
Bƣớc 6: Các thông số đường chạy dao như: Kiểu đường chạy dao…
Bƣớc 7: Sinh các đường chạy dao.
Bƣớc 8: Mô phỏng quá trình gia công là sử dụng các mô hình đồ hoạ như
phôi, dao để diễn tả quá trình gia công thực trên màn hình. Mô hình dao hay dụng
cụ được dẫn theo đường chạy dao đã tính, trong quá trình chuyển động tạo hình
dụng cụ quét trong không gian một thể tích, thể tích quét này được từ mô hình phôi,
- 15 -
kết thúc quá trình gia công ta sẽ được mô hình chi tiết cần gia công. Dựa vào diễn
biến trong quá trình mô phỏng và kết quả sau mô phỏng để đánh giá việc gia công
có tốt hay không về các vấn đề: Dao, đường chạy dao, chất lượng bề mặt, năng suất
gia công, khả năng an toàn cho máy, dao, phôi… Nếu phát hiện những yếu tố chưa
hợp lý ta bắt đầu quay lại hiệu chỉnh và thực hiện lại việc tính đường dụng cụ.
Bƣớc 9: Chương trình điều khiển số được trình xử lý Post-Proccessor kết
xuất phù hợp theo ngôn ngữ máy CNC khai báo, dữ liệu để xuất ra chương trình NC
chính là CL-data file. Các trình xử lý Post-Proccessor hiện nay có thể kết xuất ra
chương trình NC phù hợp với nhiều ngôn ngữ lập trình của nhiều bộ điều khiển số
hiện có như: Fanuc, Denford, Heindehain, Maho…
Bƣớc 10: Chương trình điều khiển số được truyền vào bộ nhớ của máy CNC
và tiến hành quá trình điều khiển quá trình thực. Đối với các chương trình dài có thể
phải cắt nhỏ và truyền vào từng đoạn một.
2.2. Đƣờng dụng cụ trong gi công trên máy CNC
Định nghĩa: Đường dụng cụ (đường chạy dao) là quỹ đạo mà một điểm
trên dụng cụ được dẫn theo nó trong quá trình gia công.
- Nếu nguyên công đang thực hiện là gia công thô thì đường chạy dao
sẽ dẫn dụng cụ lấy đi lượng dư gia công, nếu nguyên công đang thực hiện là
gia công tinh thì đường chạy dao sẽ dẫn dụng cụ thực hiện quá trình bao hình
tạo thành bề mặt chi tiết.
- Tùy theo phương thức là gia công là 2D, 3D hay 5D sẽ có đường
dụng cụ tương ứng là 2D, 3D hay 5D.
- Đường dụng cụ trong gia công đường cong 2D có được bằng cách
dịch chuyển đường cần gia công một lượng bằng bán kính dụng cụ (Hình 2.1Đường dụng trong gia công CONTOUR 2D)
- 16 -
Hình 2.1- Đường dụng cụ gia công CONTOUR 2D
- Nếu gia công đảo hoặc hốc (pocket) theo phương pháp cắt theo lớp (Watercut) thì đường dụng cụ là các đường 2D, hình dáng của chúng có thể là song song
(parallel), xoắn (spiral), hoặc tia (radial).
Dụng cụ
Dụng cụ
Hình 2.2- Đường dụng cụ trong gia công 2D
- 17 -
Dụng cụ
- Nếu gia công đảo hoặc hốc theo phương pháp cắt theo lớp thì đường dụng
cụ là các đường 2D, hình dáng của chúng có thể là song song, xoắn hay theo tia
trong gia công 3D thì đường dụng cụ phức tạp hơn rất nhiều, chúng không những
phụ thuộc vào hình dáng bề mặt gia công mà còn phụ thuộc vào hình dáng hình học
của dụng cụ, hình thể hiện đường dụng cụ trong gia công 3D.
Hình 2.3 - Đường dụng cụ trong gia công 3D
2.3. Ảnh hƣởng củ các kiểu đƣờng chạy dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công bao gồm nhiều
yếu tố, trong đó phải kể đến là ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến chất
lượng tạo hình trong gia công bề mặt và ảnh hưởng của hình học đường chạy
dao. Trong phạm vi đề tài chỉ tập chung vào xét ảnh hưởng của hình học
đường chạy dao tới độ chính xác gia công bề mặt, ta tiến hành xét các nguyên
công gia công thô và nguyên công gia công tinh.
2.3.1. Gia công thô
Khi gia công thô hốc, mục đích là lấy đi lượng dư của chi tiết, khử các
sai số hình dáng hình học của phôi, tạo lượng dư đồng đều cho gia công tinh.
Vì vậy khi gia công thô người ta thường gia công với bước tiến dao lớn,
lượng dư mỗi lần cắt lớn và chọn phương án chạy dao sao cho lượng dư để lại
được đồng đều trên bề mặt phôi cho bước gia công tinh, nếu lượng dư không
- 18 -
đồng đều thì khi gia công tinh chiều sâu cắt thay đổi, làm cho lực cắt thay đổi
gây ra sai số hình dạng cho chi tiết.
2.3.1.1. Đường chạy dao dạng đường gạch mặt cắt (Hatch roughing)
Hình 2.4 - Đường chạy dao theo dạng gạch mặt cắt
Với kiểu chạy dao này cho phép đặt đường chạy dao nghiêng một góc
nhất định so với trục X, kiểu đường chạy dao này thích hợp với việc gia công
các hốc dạng hình hộp chữ nhật hoặc bề mặt phẳng. Với phương án chạy dao
này nếu phương chạy dao song song với cạnh của bề mặt cần gia công thì cho
phép lấy đi lượng dư tốt nhất trên chi tiết.
Khi gia công với đường chạy dao là đường dạng gạch mặt cắt với các
hốc có các biên dạng cong ở giữa, phương pháp này cho phép người dùng lựa
chọn tối ưu hóa quỹ đạo chạy dao (Keep cutting direction) hình, khi quỹ đạo
của đường chạy dao được tối ưu hóa thì gặp các biên dạng cong nó sẽ uốn
theo biên dạng đó và khả năng lấy đi lượng dư là lớn nhất, giúp cho bước gia
công thô để lại lượng dư trên bề mặt đồng đều hơn.
- 19 -
Hình 2.5- Tối ưu h a quỹ đạo đường chạy dao
2.3.1.2. Đường chạy dao là đường contour
Với kiểu chạy dao này đường dao sẽ chạy theo từng đường kín uốn
theo biên dạng chi tiết cần gia công từ trong ra ngoài hoặc từ ngoài vào trong
để cắt hết lượng dư gia công. Phương pháp chạy dao theo contour nếu phay
hốc với cùng một chế độ cắt sẽ cho năng suất cao hơn so với phương án gạch
mặt cắt. Tuy nhiên với phương án chạy dao này khi gia công chi tiết có bề
mặt cong 3D thì lượng dư để lại giữa các lớp cắt rất lớn và không đều nhau do
đó lượng dư để lại cho bước gia công liền sau không đồng đều và dẫn đến sai
số gia công do yếu tố hình học của nguyên công sát trước để lại. Như vậy để
tiết kiệm thời gian gia công chi tiết có bề mặt 3D thì ta có thể sử dụng phương
án đường chạy dao theo contour và để lại một lượng dư đủ để thực hiện gia
công bán tinh và gia công tinh.
Hình 2.6- Chạy dao theo contour
- 20 -
2.3.1.3. Chạy dao theo phương án dao ăn theo trục Z hết chiều sâu
Với phương án chạy dao này khi sử dụng dao phay ngón, dao sẽ cắt
theo lưỡi cắt mặt đầu, khả năng cắt của dao sẽ kém hơn do đó không thể cắt
với tốc độ chạy dao lớn dẫn đến năng suất thấp hơn so với hai phương án
chạy dao trên Hình 2.7 - Chạy dao ăn theo trục Z
Hình 2.7- Phương án chạy dao ăn theo trục Z
2.3.1.4. Chạy dao theo phương án dao ăn theo tia (dao dịch chuyển
hướng kính radial)
Với phương án chạy dao này khi sử dụng dao phay ngón dao sẽ cắt
theo lưỡi cắt mặt đầu và mặt bên, vì đường chạy dao có phương hướng kính
nên phải cần rất nhiều đường chạy dao mới cắt hết được lượng dư cho nguyên
công gia công thô. Ưu điểm của phương pháp chạy dao này là lượng dư để lại
cho nguyên công bán tinh và nguyên công gia công tinh đồng đều dẫn đến
chất lượng bề mặt ổn định, phương pháp này chỉ thích hợp cho chi tiết có
dạng đối xứng qua tâm. Về cơ bản phương pháp chạy dao theo tia cho năng
suất thấp do không thể cắt ở tốc độ cao, đường chạy dao nhiều.
- 21 -
