Lựa chọn phương thức chạy dao hợp lý gia công tinh mặt cong trên máy phay CNC 3 trục theo chỉ tiêu năng suất

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
FFFGGG

NGUYỄN QUỐC THANH

LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO
HP LÝ GIA CÔNG TINH MẶT CONG
TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC
THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT

Chuyên ngành : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Mã số ngành : 2.01.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP . HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2006


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. ĐOÀN THỊ MINH TRINH

Cán bộ chấm nhận xét 1:

TS. Phạm Ngọc Tuấn

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS. Đỗ Đức Túy

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm 2006.


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Tp. HCM, ngày …tháng … năm 200 6

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN QUỐC THANH
Ngày, tháng, năm sinh: 30 – 12 – 1978
Chuyên ngành: Cơ khí Chế tạo máy

Phái: Nam
Nơi sinh: Cam Ranh, Khánh Hòa
MSHV: 00403097

I- ĐỀ TÀI:

LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO HP LÝ
GIA CÔNG TINH MẶT CONG
TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao
3. Xác lập mô hình toán học đánh giá năng suất gia công
3. Xác lập quy trình thiết kế công nghệ – lựa chọn phương thức chạy dao theo chỉ
tiêu năng suất.
4. p dụng quy trình thiết kế công nghệ cho một số mẫu gia công
III- NGÀY GIAO NHIỆM V (Ngày ký quyết định giao đề tài )
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ (Ngày bảo vệ đề tài tốt nghiệp)
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. ĐOÀN THỊ MINH TRINH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Đoàn Thị Minh Trinh

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QL NGÀNH

Trần Doãn Sơn

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được hội đồng chuyên ngành thông qua.
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN
PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh đã tận tình hướng dẫn và giảng dạy trong thời gian
học và làm luận văn.
Quý thầy cô giáo khoa Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa, Quý thầy cô giáo
Phòng Đào Tạo Sau Đại Học trường Đại Học Bách Khoa Tp – HCM.
Quý thầy cô giáo ban giám hiệu trường Kỹ Nghệ II.

Quý thầy cô giáo khoa Cơ Khí trường Kỹ Nghệ II.
Các học viên lớp cao học K14 ngành chế tạo máy.
Cùng gia đình và tất cả anh em bạn bè đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi trong
thời gian qua.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2006
Học viên thực hiện

Nguyễn Quốc Thanh


Những năm gần đây triển khai ứng dụng công nghệ CAD/CAM và kỹ thuật điều
khiển số (Computer Numerial Control - CNC) trong sản xuất công nghiệp không ngừng
phát triển. Luôn giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển của đất nước, tính linh động trong
thiết kế và chế tạo đã tạo ra những chi tiết có biên dạng theo mong muốn, vì thế nó đóng
góp một phần không nhỏ trong đời sống con người. Đặc biệt thế mạnh của công nghệ
CAD/CAM/CNC là có khả năng thiết kế và gia công được những chi tiết có biên dạng phức
tạp và có độ chính xác cao.
Công nghệ CAD/CAM/CNC cho phép mô phỏng trước của quá trình thiết kế và gia
công, tránh tối đa các khuyết tật có thể xảy ra, báo hiệu trước những điều kiện kỹ thuật cần
thiết của quá trình sản xuất, để điều chỉnh hình học sản phẩm, thay đổi kết cấu chi tiết
trước khi chế tạo; lựa chọn chế độ gia công một cách hợp lý nhất.
Với ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC, đã đạt được những thành quả nhất định
về phương pháp tạo hình, năng suất gia công, đặc biệt giảm tối thiểu sức lao động chân tay
của con người. Bên cạnh đó vẫn chưa tự xử lý hết những vấn đề trong quá trình gia công
như: lượng dư gia công, xử lý trơn lán bề mặt gia công năng suất nhất, vì vậy chất lượng gia
công vẫn chưa thật sự tối ưu mà do nhiều nguyên nhân nhưng chủ yếu vẫn là công nghệ.
Cho đến nay, mặc dù những tiến bộ mới nhất của công nghệ CAD/CAM/CNC đã
đưa ra nhiều phương thức chạy dao, có khả năng gia công trên các bề mặt phức tạp, đạt
năng suất gia công cao. Và chỉ dừng lại ở đó, chưa có khả năng thông minh tự động xác

định các thông số công nghệ cũng như phương thức chạy dao, tham số đường chạy dao và
việc lựa chọn các vấn đề này chủ yếu theo phương pháp kinh nghiệm.
Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra các giải pháp tối ưu hóa phương thức chạy dao, tham
số đường chạy dao trong gia công CNC nói chung, công nghệ phay CNC nói riêng nhằm
nâng cao chất lượng và năng suất gia công vẫn thật sự cần thiết. Từ đó, tác giả xin chọn
nghiên cứu theo hướng này với đề tài :
“LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO HP LÝ GIA CÔNG TINH MẶT CONG
TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT”

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn
Mục đích luận văn: Lựa chọn phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong trên máy
phay CNC 3 trục; kết hợp với sự hỗ trợ của phần mềm CAD/CAM nhằm đưa ra quy
trình, phương thức gia công tinh mặt cong đảm bảo chất lượng và năng suất.
gồm:

Để thực hiện mục đích nêu trên, nhiệm vụ chính thực hiện trong phạm vi luận văn bao


1. Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao
2. Xác lập mô hình toán học đánh giá năng suất gia công
3. Xác lập quy trình thiết kế công nghệ - lựa chọn phương thức chạy dao theo chỉ tiêu
năng suất
4. Áp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho một số mẫu gia công
Nội dung luận văn được trình bày theo 3 phần được tóm tắt như sau:
Chương 1: Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao phay CNC 3
trục với chức năng gia công tinh mặt cong
Nội dung chương này chọn phần mềm CAD/CAM Cimatron, là phần mềm chuyên nghiệp
bao gồm đầy đủ và toàn diện các chức năng phay CNC làm đối tượng khảo sát các phương
thức chạy dao phay CNC 3 trục. Nội dung nghiên cứu khảo sát các chức năng gia công theo
qui luật hoạch định đường chạy dao: (i) phương thức chạy dao tham số; (ii) phương thức

chạy dao song song; (iii) phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều, làm cơ sở cho
việc phân tích và đánh giá đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao. Phân tích cơ
sở nội suy cho các phương thức chạy dao để đánh giá khả năng đáp ứng yêu cầu gia công
tinh mặt cong. Từ đó khẳng định chọn phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong là
phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều.
Chương 2 : Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công
Xác lập mô hình đánh giá chiều cao nhấp nhô (h) theo đặc tính hình học bề mặt gia công;
tính toán tối ưu bước chạy dao ngang (l) - chỉ tiêu đánh giá năng suất gia công theo tham số
hướng gia công (α) đảm bảo độ nhấp nhô yêu cầu để chọn được tham số hướng gia công tối
ưu.
Chương 3: Xác lập quy trình thiết kế công nghệ – lựa chọn phương thức chạy dao theo
chỉ tiêu năng suất
Dựa trên mô hình đánh giá năng suất gia công – bước chạy dao ngang ( l ), kết hợp với khả
năng công nghệ gia công của các phương thức chạy dao. Để xác định được phương thức gia
công và tham số hướng gia công α năng suất trên từng mặt cong cụ thể.
Chương 4: Áp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho một số mẫu gia công
Mô phỏng gia công một số chi tiết điển hình trên phần mềm CAD/CAM. Qua đó so sánh
đối chiếu giữa kết quả mô phỏng và kết quả tính toán lý thuyết, để đưa ra phương thức chạy
dao phù hợp trên mỗi mặt gia công tương ứng.


TÓM TẮT
Luận văn phân tích phương thức nội suy, đánh giá khả năng công nghệ của các
phương thức chạy dao CNC, phương thức điều khiển chạy dao, nội suy hình học đến chất
lượng và năng suất gia công. Trong đó đi sâu vào phân tích đánh giá các phương thức chạy
dao trên từng bề mặt cong làm cơ sở nền tảng cho việc chọn lựa phương thức chạy dao
thích hợp nhằm đem lại chất lượng và năng suất gia công. Khảo sát các phương thức chạy
dao trên phần mềm CAD/CAM Cimatron. Mỗi phương thức chạy dao đã được mô phỏng và
áp dụng cho từng bề mặt gia công cụ thể. Ngoài ra còn xác lập mô hình toán học tính toán
chiều cao nhấp nhô trên từng mặt cong nhằm đem lại khoảng cách giữa hai đường chạy dao

kế cận lớn nhất nhưng vẫn đảm bảo chiều cao nhấp nhô cho phép. Trên cơ sở đó đề xuất
phương pháp lựa chọn phương thức chạy dao phay mặt cong để đạt chất lượng và năng suất
gia công.

SUMMARY
This Thesis analysis to estimates about the effect of tool path generative modality,
tool path control modality, geometry generation to quality and labour productiveness of
machined surfaces, as model of toolpath, tolerances and scallop for machining, direction
selection for surface machining .... Analyses, estimates about the ranges of applying and
the abilities of technological machining 3 axis milling on CAD/CAM Cimatron Software as
well as. Each technological machining milling is illustrated by diagram and simulate
toolpath motion process of milling on CAD/CAM Cimatron

Software. By these

foundations, this is suggests the method in selecting mode of toolpath to mill surfaces
which have the best qualities and the highest machining productiveness. Technological
machining and selected mode of toolpath are simulated on CAD/ CAM
Software.

Cimatron


MỤC LỤC

Lời cám ơn ............................................................................................................................ 4
Tóm tắt .................................................................................................................................5
Mục lục ................................................................................................................................. 6
Lời nói đầu ........................................................................................................................... 9
Chương 1: Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao CNC 3 trục

với chức năng gia công tinh mặt cong
1.1 Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức
năng gia công tinh mặt cong.......................................................................................... 12
1.2 Cơ sở nội suy của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức năng gia công
tinh mặt cong................................................................................................................. 16
1.3 Kết luận - hạn chế của phương thức chạy dao CNC 3 trục ........................................ 28
Chương 2: Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công
2.1 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt đáy ......................................... 30
2.2 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt thành ....................................... 38
2.3 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt biên ......................................... 40
Chương 3: Xác lập quy trình thiết kế công nghệ – lựa chọn phương thức chạy dao
theo chỉ tiêu năng suất
3.1 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt đáy..... 44
3.2 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt thành . 48
3.3 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt biên. .. 50
Chương 4: Áp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho một số mẫu gia công
4.1 p dụng quy trình thiết kế công nghệ cho mẫu gia công 1............................................ 51
4.2 p dụng quy trình thiết kế công nghệ cho mẫu gia công 2............................................ 55
Kết luận .............................................................................................................................. 58
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................ 59


CHỮ VIẾT TẮT
CNC (Computer Numerical Control) : Kỹ thuật điều khiển số
CAD (Computer Aided Design) : Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử
CAM (Computer Aided Menufacturing): Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử


Chương 1

11

Chương 1
KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ CỦA CÁC
PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO
1.1

Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao CNC 3 trục
với chức năng gia công tinh mặt cong

1.2

Cơ sở nội suy của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức
năng gia công tinh mặt cong

1.3

Kết luận - hạn chế của phương thức chạy dao CNC 3 trục

Nội dung chương này thực hiện việc khảo sát, đánh giá khả năng công nghệ của
các phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong trên máy phay CNC 3 trục.
Nhằm định hướng lựa chọn phương pháp gia công phù hợp đáp ứng yêu cầu chất
lượng và hiệu suất gia công.
Với tính năng gia công CNC chuyên nghiệp và toàn diện trong số các hệ
phần mềm CAD/CAM, các chức năng phay CNC của phần mềm CAD/CAM
Cimatron được chọn làm đối tượng nghiên cứu trong phạm vi luận văn này.

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH

Chương 1

12

1.1 Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao CNC 3

trục với chức năng gia công tinh mặt cong
1.1.1 Giới thiệu phương thức chạy dao CNC của phần mềm CAD/CAM Cimatron
Phương thức chạy

Chức năng gia công

dao CNC
DRILL

Thực hiện chu trình khoan (2.5, 3, 4 hoặc 5 trục).

RGH_DRIL

Khoan phá – khoan lỗ sâu, rãnh và vách sâu.

(rough by drill)
POCKET

Tạo đường chạy dao 2.5 trục phay phá khối vật liệu
giới hạn bởi đường biên ngoài (contours), biên trong
(islands).

PROFILE

Tạo đường chạy dao 2.5 trục phay theo đường biên
(profiles).

SRFPKT

Tạo đường chạy dao 3 trục phay mặt cong giới hạn bởi

(surface pocket)

đường cong.

SRFPRF

Tạo đường chạy dao 3 trục phay theo hình chiếu của

(surface profile)

hình biên trên mặt cong.

ZCUT

Tạo đường chạy dao phay phá khối vật liệu giới hạn

(Z level rough cut)

bởi các mặt cong, đường biên 3D và cao độ gia công
theo phương Z.

WCUT

Tạo đường chạy dao 2D phay thô, bán tinh và tinh

(water line cut)

khối vật liệu giới hạn bởi các mặt cong và đường đồng
mức.

SURMILL

Tạo đường chạy dao 3, 4, hay 5 trục gia công mặt cong

(surface milling)

theo họ đường cong đẳng tham số (parametric curves)
của mặt cong.

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


Chương 1

13

RULED_MX

Tạo chuỗi các mặt kẻ liên kết và tạo đường chạy dao

(Ruled multi axis)

3, 4, hay 5 trục theo họ đường sinh của mặt kẻ.

SURCLR

Tạo đường chạy dao 3, 4, hay 5 trục theo phương các

(surface clear)

đường dẫn hướng để gia công các mặt cong.

REMACHINE

Thực hiện các chức năng gia công tinh, bao gồm:
-

CLEANUP: Tự động dò tìm và gia công phần
vật liệu dư từ bước gia công trước.

-

PENCIL: Dò tìm và gia công các góc hẹp.

-

OPTIMIZE – Horizontal: Dò tìm và gia công
các vùng phẳng ngang.

-

OPTIMIZE – Vertical: Dò tìm và gia công các
vùng phẳng đứng.

CURVE_MX

Tạo đường chạy dao 3, 4 hay 5 trục dọc theo đường

(curve multi axis)

cong.

ROUGH_5X

Tạo đường chạy dao 5 trục gia công khối vật liệu giới
hạn bởi hai mặt bên có dạng mặt kẻ (ruled surface) và
mặt đáy là mặt cong bất kỳ.

MILL_GO

Chèn thêm các khối lệnh chạy dao.

MILL_USR

Truy xuất các chức năng ứng dụng.

Theo chức năng công nghệ, có thể phân biệt phương thức chạy dao CNC ra 3
nhóm :
a)

Phương thức chạy dao gia công thô: POCKET; WCUT; ZCUT

b)

Phương thức chạy dao gia công bán tinh: RULED_MX; PROFIL

c)

Phương thức chạy dao gia công tinh: SRFPKT, SRFPRF, SURCLR,
CURVE_MX, REMACHINE, CONTOUR SURFAC E MILLING

HVTH: NGUYEÃN QUOÁC THANH


Chương 1

14

Vì nội dung nghiên cứu của đề tài là lựa chọn phương thức chạy dao gia công tinh
mặt cong trên máy phay CNC 3 trục nên tác giả tập trung vào khảo sát đánh giá
các phương thức chạy dao, với chức năng gia công tinh mặt cong trên máy phay
CNC 3 trục.
Dựa trên chức năng gia công CNC của phần mềm Cimatron, bao gồm các
phương thức chạy dao sau: SURMILL, SRFPKT, CONTOUR SURFACE
MILLING
1.1.2 Phương thức chạy dao SURMILL
SURMILL
(Surface Milling)
3X, 4X, 5X

Tạo đường chạy dao theo 3, 4,
hay 5 trục và di chuyển theo họ
đường sinh (đường cong đẳng

tham số) của mặt cong

Hình 1.1

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


Chương 1

15

1.1.3 Ph ương thức chạy dao SRFPKT
SRFPKT
(Surface Poket)
3X

Tạo đường chạy dao 3 trục, gia công
theo mặt cong giới hạn bởi đường
biên.

Hình 1.2

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


Chương 1

16

1.1.4

Phương thức chạy dao CONTOUR SURFACE MULLING

Phương thức chạy dao này chủ yếu gia công những mặt cong và có 2 chức năng
cơ bản khi dùng phương thức chạy dao Contour Surface Mulling.
a. Surface By Surface:
Sử dụng để gia công những mặt cong riêng biệt hoặc các mặt cong kế cận nhau.
Hướng gia công được định nghóa bởi hai hướng đường sinh chữ U và V của mặt
cong được chọn. Hướng gia công trên từng mặt cong được chọn riêng biệt.
b. Cut – Line:
Sử dụng để gia công nhiều mặt cong kế cận nhau và có thể xem như một mặt
cong. Hướng gia công được xác định bởi đường cắt. Có thể định nghóa đường cắt
này bằng cách chọn đường biên của mặt cong, hoặc vẽ biên dạng đó.
1.2 Cơ sở nội suy của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức năng

gia công tinh mặt cong
Theo phân tích ở phần 1.1, có thể phân loại các phương thức chạy dao gia công
tinh mặt cong thành 4 loại :
™ Chạy dao tham số (iso-parametric)
™ Chạy dao song song (iso-planar)
™ Chạy dao xoắn ốc
™ Chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều
1.2.1 Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao tham số (iso-parametric)
a.

Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao tham số

Dựa vào phương thức thiết kế tham số để mô hình hóa đường cong và mặt cong.
Theo phương thức này, mô hình mặt cong được mô tả bởi tham số (u, v). Vậy quỹ
đạo chạy dao tham số là các đường cong đẳng tham số u hoặc v (hình 1.3; 1.4).

b.

Ưu điểm và hạn chế của phương thức chạy dao tham số

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


Chương 1

17

™ Ưu điểm :Vì quỹ đạo chạy dao tham số là các đường cong đẳng tham số u
hoặc v nên rất dễ dàng nội suy tọa độ chạy dao theo tham số u hoặc v, và ít tốn
thời gian nội suy đường chạy dao.
™ Hạn chế:
Hạn chế hình học bề mặt gia công, không gia công được những bề mặt có nhiều
hơn 4 bốn đường biên (hình 1.5). Mặt hạn chế khác vì đường chạy dao dựa vào
đường cong đẳng tham số u hoặc v, nên đường chạy dao sẽ phân bố không đều
khi các đường biên mặt cong có sự khác biệt lớn về chiều dài (hình 1.3). Và
chiều cao nhấp nhô h không đều khi gia công những mặt cong có độ dốc α thay
đổi (hình 1.6). Để đảm bảo chiều cao nhấp nhô h thì phải chọn bước tiến dao
ngang ( l ) giữa hai đường chạy dao kế cận nhỏ nhất trên mặt gia công, dẫn đến
tốn nhiều thời gian (t) để gia công.

1
2
Hình 1.3: Chạy dao tham số theo phương v

Hình 1.4: Chạy dao tham số theo phương

u

Hình 1.5

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


Chương 1

18

Chiều cao nhấp nhô h1

α1

α2

Chiều cao nhấp nhô h2
Hình 1.6: Ảnh hưởng chiều cao h trên mặt cong có độ dốc thay đổi
1.2.2 Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao song song
a. Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao song song
Đường chạy dao của phương thức chạy dao này là giao tuyến giữa các mặt phẳng
Si với mặt phẳng gia công P(u,v) (hình 1.7). Các mặt phẳng Si song song và cách
đều nhau nên bước tiến dao ngang ( l ) giữa hai đường chạy dao kế cận cũng song
song và cách đều nhau.

Đường chạy dao

P(u,v)

Hình 1.7: Mô tả đường chạy dao song song

HVTH: NGUYỄN QUOÁC THANH


Chương 1

19

l1

l2

Hình 1.8
Mô tả sự khác nhau của chiều cao nhấp nhô h khi độ dốc α thay đổi
b. Ưu điểm và hạn chế phương thức chạy dao song song
™ Ưu điểm : Dựa vào hình học gia công, người lập trình có thể chọn phương
chạy dao phù hợp. Nên hạn chế được sự trùng lặp giữa các đường chạy dao khi
gia công những mặt cong có sự khác biệt lớn về chiều dài đường biên (hình 1.3).
™ Hạn chế: Khi gia công những bề mặt có độ dốc thay đổi, thì bước tiến dao
ngang ( l ) giữa hai đường chạy dao kế cận cũng sẽ khác nhau (hình 1.9) ( l 1 ≠ l 2 ).
Để đảm bảo chiều cao nhấp nhô h thì phải chọn khoảng cách l ở những vùng có
h nhỏ nhất, dẫn đến mật độ đường chạy dao sẽ dày lên ở những vùng có khoảng
cách l lớn (hình 1.9), điều đó làm ảnh hưởng đến năng suất gia công.

Hình 1.9 Thể hiện sự khác nhau của l ở hai vùng gia công trên cùng bề mặt

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH

Chương 1

20

1.2.3 Cơ sở nội suy phương thức chạy dao xoắn ốc
a. Phương thức chạy dao xoắn ốc với đường chạy dao dựa theo mặt phẳng cắt
™ Xét mặt gia công như hình 1.10
Đường chạy dao chính là những đường giao nhau giữa mặt phẳng và mặt gia
công, thực hiện từng lớp cắt cho đến khi hoàn thành bề mặt gia công. Khoảng
cách giữa các lớp cắt đúng bằng bước tiến dao dọc ( l ) giữa hai đường chạy dao
kế cận.

Mặt phẳng

Đường chạy dao
l

Mặt gia cônglà mặt
trụ

Hình 1.10

b. Phương thức chạy dao xoắn ốc với đường chạy dao dựa theo các đường chiếu
Cho phép gia công các mặt cong theo đường chạy dao đã tạo trước, thực hiện
theo trình tự sau:
¾ Chiếu contour giới hạn của mặt cong đó lên mặt phẳng.
¾ Tạo đường chạy dao trên mặt phẳng đó (hình 1.11).
¾ Chiếu ngược đường chạy dao lên mặt cong ban đầu.
Các đường trên mặt phẳng được tạo ra bằng cách tịnh tiến đường biên một
khoảng đúng bằng l ( l phụ thuộc vào chiều cao nhấp nhô h).

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


Chương 1

21

Hình 1.11
Contour 1 giới hạn biên dạng ngoài của mặt gia công, contour 2 giới hạn biên
dạng trong của mặt gia công.
Để tạo đường chạy dao trên mặt cong như hình 1.11 với phương thức chạy dao
xoắn ốc với đường chạy dao dựa theo các đường chiếu, trước tiên chiếu Contour
giới hạn biên dạng ngoài của mặt gia công (1) lên mặt phẳng (XOY) theo phương
pháp tuyến với mặt phẳng, khi đó ta có biên dạng ngoài trên mặt phẳng (XOY) từ
biên dạng đó tạo các đường tịnh tiến cách đều nhau, khoảng cách giữa các đường
tịnh tiến chính là bước tiến dao ngang ( l ) giữa hai đường chạy dao kế cận (hình
1.12). Sau đó chiếu các đường vừa mới tạo ra lên lại mặt gia công theo phương
pháp tuyến với mặt cong. Các đường cong vừa tạo ra trên mặt cong chính là các
đường chạy dao của phương thức chạy dao xoắn ốc với đường chạy dao dựa theo
các đường chiếu. Bước tiến dao ngang ( l ) giữa hai đường chạy dao kế cận phụ
thuộc vào độ dốc của mặt gia công.

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


Chương 1

22

ι

Đường chạy dao trên mặt cong

Hình 1.12: Mô phỏng phương thức chạy dao xoắn ốc bằng phương pháp chiếu
c. Ưu điểm và hạn chế phương thức chạy dao song song với kiểu chạy dao xoắn
ốc
™ Ưu điểm : Gia công được những mặt có thành chắn và không có thành chắn,
tạo được đường chạy dao liên tục dẫn đến chất lượng bề mặt được tăng cao.
™ Hạn chế: Không gia công được những mặt có hướng chạy dao không liên tục.
Không đem lại năng suất gia công cao ở những mặt có độ dốc lớn, cũng giống
như phương thức chạy dao song song vì khoảng cách tịnh tiến giữa các đường
chạy dao bằng nhau ngay ở những vùng dốc và vùng bằng phẳng.
1.2.3 Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều
a. Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều

Xét mặt gia công như hình 1.13

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


Chương 1

23

C1
01

Hình1.13: Mô tả phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều
Phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều: Đường chạy dao chính là

đường di chuyển của tâm dao trong mặt tâm dao (PTD ( u,v)), mặt tâm dao được
tịnh tiến từ mặt gia công một khoảng đúng bằng bán kính dao (R) theo phương
pháp tuyến của mặt gia công. Mặt chiều cao nhấp nhô là mặt được tịnh tiến từ
mặt gia công một khoảng đúng bằng chiều cao (h) theo phương pháp tuyến của
mặt gia công. Chiều cao nhấp nhô (h) là khoảng cách từ mặt gia công đến mặt
chiều cao nhấp nhô đo theo phương pháp tuyến. Phương pháp xây dựng các mặt
như sau:
Giả sử ta có mặt gia công P(u, v) ở đây u, v là các tham số, Psc(u,v) là mặt
chiều cao nhấp nhô, PTD ( u,v) là mặt tâm dao, các mặt này được xây dựng như
sau:
Psc(u,v) = P(u,v) + nh

(1.1)

PTD ( u,v) =P(u,v) + nR

(1.2)

n=

PU xPV
PU xPV

(1.3)

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


Chương 1

24

Trong đó:
h: là chiều cao nhấp nhô
n: là vectơ pháp tuyến đơn vị từ mặt P(u,v) được tính như sau:
Pu, Pv: lần lượt là đạo hàm riêng của P(u,v) theo u và theo v.
Đường chạy dao CL(t) chính là quỹ tích của các điểm tâm dao trên mặt
tâm dao khi dao thực hiện chuyển động cắt gọt.
Đường CC(t) chính là quỹ tích của các điểm tiếp xúc giữa dao cắt và mặt gia
công.
⎡ X CL (t )⎤
PU xPV
CL (t ) = CC (t ) + nR = P[u (t ), v(t )] +
R = ⎢⎢YCL (t ) ⎥⎥
PU xPV
⎢⎣ Z CL (t ) ⎥⎦

(1.4)

(t là tham số theo u, v), Vòng tròn 01 chính là mặt bao dao, R là bán kính
dao. Vậy phương trình mặt bao dao được xác định như sau:
⎡ R cos θ ⎤
Rw (θ ) = ⎢⎢ 0 ⎥⎥
⎢⎣ R sin θ ⎥⎦

(1.5)

Maët bao dao chạy dọc theo đường tâm dao khi đó phương trình mặt bao dao sẽ là.
(1.6)

Rw (t ,θ ) = W m [ R ].Rw (θ ) + C1

Trong đó:
⎡t11 t12 t13 ⎤
W [R] = ⎢⎢t 21 t 22 t 23 ⎥⎥ ;
⎢⎣t 31 t 32 t 33 ⎥⎦
m

⎡ X CL (t )⎤
C1 = ⎢⎢YCL (t ) ⎥⎥
⎢⎣ Z CL (t ) ⎥⎦

(1.7)

⎡t13 ⎤
⎡t12 ⎤
⎡ t11 ⎤
/
CL
(
t
)
⎢t ⎥ = n = K ; ⎢t ⎥ =
= j w ; ⎢ t 21 ⎥ = j w × k w = iw
w
/
⎢ 23 ⎥
⎢ 22 ⎥
⎢ ⎥
CL (t )

⎢⎣t 33 ⎥⎦
⎢⎣t 32 ⎥⎦
⎢⎣t 31⎥⎦

( 1.8)

iw , jw , kw là vectơ đơn vị của các trục tọa độ. Trục tọa độ được xây dựng từ
đường tâm dao, gốc tọa độ đặt tại điểm xuất phát đường chạy dao (01). Trục y

HVTH: NGUYỄN QUOÁC THANH


Chương 1

25

Đường tâm dao

Mặt bao dao

Hình 1.14: Biểu diễn trục tọa độ trên đường tâm dao
Để đảm bảo chiều cao nhấp nhô (h) trên toàn bề mặt gia công thì đường chạy
dao kế tiếp được xây dựng như sau:
Xét mặt gia công như hình 1.15

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH


26

Chương 1

Hình 1.15: Cơ sở nội suy đường chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều
Các mặt P(u,v), PSC(u,v), PTD(u,v) như đã trình bày ở hình 1.15, ở phần này trình
bày cách xây dựng đường chạy dao kế tiếp (02C2).
Để đảm bảo chiều cao nhấp nhô (h) đồng đều trên mặt gia công P(u,v),
đường chạy dao kế tiếp được xây dựng như sau: Dựa vào đường biên của bề mặt
gia công ta có đường chạy dao đầu tiên 01C1 khi đó mặt bao dao sẽ cắt mặt chiều
cao nhấp nhô PSC(u,v) tại điểm (0). Lấy (0) làm tâm vẽ một vòng tròn có bán
kính R bằng bán kính dao cắt (vòng tròn tâm 0 nằm trong mặt phẳng vuông góc
với đường chạy dao đầu tiên 01C1). Vòng tròn này cắt mặt chiều cao nhấp nhô
PSC(u,v) tại điểm (02) và 02 chính là điểm đầu tiên của đường chạy dao kế tiếp.
Vậy để đảm bảo chiều cao nhấp nhô (h) đồng đều trên bề mặt gia công thì đường
0C là quỹ tích của các điểm tiếp xúc giữa ba mặt, đó là: mặt bao dao của đường
chạy dao đầu tiên (01C1), mặt bao dao của đường chạy dao kế tiếp (02C2) và mặt
chiều cao nhấp nhô PSC(u,v).

HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH