Luận văn 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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 Học viên: Đỗ Thị Làn Ngƣời HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe Thái Nguyên 2009 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ***** CÔNG HÒA Xà 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 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN PGS.TS NGUYỄN ĐĂNG HÕE Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CAM ĐOAN 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. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Đỗ Thị Làn Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chất 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 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. 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 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỤC LỤC Chƣơng I: Mở đầu 7 1.1. Tính cấp thiết của luận văn 7 1.2. Các công trình liên quan 7 1.3. Mục đích nghiên cứu 19 1.4. Phương pháp nghiên cứu 19 1.5. Đối tượng nghiên cứu 20 1.6. Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu 20 1.7. Dự kiến kết quả đạt được 22 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 33 3.1. Mô hình nghiên cứu 33 3.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 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 34 3.3. Phần mềm Mastercam 3.3.1.Giao diện 3.3.2. Các dạng gia công cơ bản trên module phay 3.3.3. Quá trình phay 41 3.4. Chế độ gia công 3.4.1. Các dạng toolpath 3.4.2. Chọn dao và chế độ cắt (V, Sz, T) 45 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 3.5. Thực nghiệm gia công trên trung tâm VMC – 85S 3.5.1. Thiết kế CAD/CAM 3.5.1.1. Biên dạng và kích thước gia công 3.5.1.2. Part program 3.5.2. Truyền chương trình sang máy CNC 3.5.3. Điều chỉnh máy 50 3.6. Đo sai số gia công trên máy CMM – C544 3.6.1. Gá đặt chi tiết 3.6.2. Khởi động máy đo toạ độ CMM- C544 3.6.3. Tiến hành hiệu chuẩn đầu đo 3.6.4. Tiến hành lập hệ toạ độ của chương trình đo 3.6.5. Tiến hành đo biên dạng thực 68 Chƣơng V: Kết luận 82 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo tọa độ 3 chiều VMC Vertical Machining Center Trung tâm gia công đứng Co-or.Sys Coordinate System Hệ tọa độ CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAM Computer Aided Manufacturing Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính 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 SW Software Phần mềm I/O Input/Output Vào/ Ra PC Personal Computer Máy tính cá nhân PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển PLC CAP Computer Aided Planning Lập kế hoạch có trợ giúp của máy tính DNC Direct Numerical Control Điều khiển số trực tiếp Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Độ chính xác gia công 8 Hình 1.2 Sai số tổng hợp của máy công cụ 9 Hình 1.3 Sơ đồ thực nghiêm 10 Hình 1.4 Hệ thống bù sai số của máy công cụ 11 Hình 1.5 Gia công bán tinh bằng dao phay đầu cầu 12 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 Hình 1.9 Mô phỏng 3D 14 Hình 1.10 Ứng dụng kỹ thuật ngược trong thiết kế sản phẩm 15 Hình 1.11 Sơ đồ thuật toán cắt lớp thích nghi 16 Hình 1.12 Sơ đồ ăn dao 20 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 tuyến chung của hai vòng tròn 48 Hình 3.8 Kích thước của dao 49 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 Hình 3.9 Biên dạng gia công thực nghiêm 50 Hình 3.10 Giao diện màn hình MasterCAM Mill 52 Hình 3.11 Vẽ biên dạng gia công 53 Hình 3.12 Chọn dao và các chế độ công nghệ trong hộp thoại tool parameter 54 Hình 3.13 Chọn chiều sâu cắt, chế độ bù dao trong hộp thoại Contour parameter 55 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 Hình 3.23 Truyền và nhận chương trình 65 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 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 Hình 3.31 Chọn chế độ tự động 74 Hình 3.32 Hộp thoại ScanningCNC 74 Hình 3.33 Biên dạng đo 75 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 kích thước gia công 80 Hình 3.37. Đồ thị ảnh hưởng của bán kính đường vào dao tới sai số hình dáng hình học (độ không tròn) 80 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Chế độ gia công 67 Bảng 3.2 Kết quả đo mẫu thực 77 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 CHƢƠNG I. MỞ ĐẦU 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 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. 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. 1.2. Các công trình tƣơng tự 1.2.1. Ở nƣớc ngoài. 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 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. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 Theo tài liệu [6] thì có các nguyên nhân sau gây ra sai số gia công Hình 1.1. Độ chính xác gia công Sai số hình dáng hình học Sai số kích thước Sai số vị trí tương quan Độ sóng Độ nhám bề mặt Tính chất cơ, lý lớp bề mặt Sai số ngẫu nhiên Sai số hệ thống Độ chính xác gia công Độ chính xác chi tiết Độ chính xác cụm chi tiết Sai lệch kích thước Sai lệch vị trí tương quan Sai số tổng hợp Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 Hình 1.2. Sai số tổng hợp của máy công cụ Tiếp theo luận văn đưa ra phương pháp bù sai số gia công, bù sai số bằng phần mềm trên cơ sở giải quyết bài toán sai lệc hình dáng hình học và vị trí tương quan theo sơ đồ sau: Các tác động của nhiệt Nguồn trong Nguồn ngoài Vị trí Khe hở Độ Phân tán Độ chính xác vị trí Độ chính xác của máy công cụ Sai số hệ thống Sai số ngẫu nhiên Độ cứng vững Thông số hình học Tải trọng Rung động Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 ThiÕt kÕ CAD/CAM XuÊt d÷ liÖu Partprogram §o biªn d¹ng trªn m¸y CMM C544 Biªn d¹ng thùc ThiÕt kÕ l¹i Ch¦¬ng tr×nh Bï sai sè TÝnh to¸n sai sè Hình 1.3. Sơ đồ thuật toán bù sai số Gia công thực hiện trên trung tâm gia công VMC – 85S, đo sai số bằng máy CMM – C544 và tiến hành xử lý dữ liệu đo. Sau đó tiến hành bù sai số bằng chương trình NC mới theo mô hình sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 Begin Do Bï sai sè Bï sai sè b»ng lËp tr×nh trong bé ®iÒu khiÓn Bï sai sè b»ng ch¦¬ng tr×nh NC Nhóng ch¦¬ng tr×nh bï sai sè Thay ®æi tham sè ®iÒu khiÓn Sö dông Post Processor §iÒu chØnh ch¦¬ng tr×nh KiÓm tra C¾t thö End Hình 1.4. Hệ thống bù sai số của máy công cụ Tài liệu [7] cũng là một luận văn thạc sỹ liên quan đến vấn đề nâng cao độ chính xác gia công chi tiết máy hình dáng phức tạp. Đầu tiên luận văn đưa ra một số vấn đề cơ bản về gia công hốc: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 Hình 1.5. Gia công bán tinh bằng dao phay đầu cầu Hình 1.6. Sai lệch trong gia công bề mặt bất kỳ Mặt cắt Chi tiết Đường biên chi tiết Đường biên phôi Lượng dư gia công tinh Lượng dư sau gia công thô Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 Hình 1.7. Hai kiểu toolparh khi phay hốc 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 CAD 3D theo sơ đồ sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 Hình 1.9. Mô phỏng 3D 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: Hệ điều hành (DOS, UNIX …) Bộ biên dịch Cơ sở DL CAD (trong RAM) Proceser hiển thị Bộ thông dịch lệnh Bộ nhớ ngoài (ổ cứng, ổ mềm…) Màn hình Input (bàn phím, chuột…) Output Các file kết nối từ phần mềm Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 ChØnh söa T¹o dùng l¹i h×nh d¸ng vËt thÓ §o Thùc hiÖn b»ng: - C¸c dông cô ®o nh¦ th¦íc cÆp, pan me - M¸y quÐt scanner - M¸y ®o täa ®é CMM MÉu ®o T¹o m« h×nh vËt thÓ (M« h×nh CAD) S¶n phÈm míi S ö d ô n g c ¸ c p h Ç n m Ò m C A D t h Ý c h h î p Q u a c ¸ c b ¦ í c g i a c « n g t r ª n m ¸ y C N C Hình 1.10. Ứng dụng kỹ thuật ngược trong thiết kế sản phẩm Ngoài ra cắt lớp thích nghi theo độ dốc của biên dạng chi tiết cũng đã được nghiên cứu theo sơ đồ thuật toán như sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 Begin M« h×nh CAD ®Þnh d¹ng file .STL M« h×nh ®Þnh d¹ng file .RPI TÝnh gãc sin X¸c ®Þnh chiÒu dµy líp c¾t Ghi kÕt qu¶ ra file .SCP TiÒn xö lý (APT) End §¹t ®é s©u? Toolpath Hình 1.11 . Sơ đồ thuật toán cắt lớp thích nghi Với thuật toán cắt lớp thích nghi và thuật toán chuyển đổi, tác giả đã xác định được tọa độ x,y,z mà dụng cụ cắt sẽ đi qua một cách phù hợp theo độ dốc của biên dạng chi tiết, tọa độ này sẽ là cơ sở dữ liệu cho lập trình tiền xử lý để đưa ra quỹ đạo Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 chuyển động của dụng cụ cắt để gia công các hốc có bề mặt phức tạp một cách có hiệu quả. Ưu điểm của phương pháp mà tác gia đưa ra “phương pháp cắt lớp thích nghi theo độ dốc của biên dạng chi tiết” là tối ưu hóa chiều sâu cắt một cách tự động , nó mang tính khách quan vì nó đáp ứng chiều sâu cắt t khi gia công hoàn toàn phụ thuộc vào độ dốc biên dạng chi tiết. Bên cạnh đó, phương pháp này còn nhược điểm 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. Tiếp theo, liên quan đến nội dung của luận văn là tài liệu [10], ở đây tác giả Hoàng Việt Hồng đã nghiên cứu về quá trình cắt trên máy phay CNC. Tác giả nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy phay CNC. Kết quả là đã thiết lập được các phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng như: lực cắt, độ nhám bề mặt, lượng mòn dụng cụ với các thông số công nghệ trong quá trình gia công như: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và thời gian gia công. Mô hình các đại lượng này cho phép tính toán xác định giá trị các đại lượng tại thời điểm 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 xuất. Thiết lập được các phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng: lực cắt, lượng mòn dao, độ nhám bề mặt trong quá trình gia công. Qua đó mở ra khả năng đánh giá chính xác, linh hoạt và dễ dàng ứng dụng cho thực tế sản xuất hiện tại. Công trình này cũng đã xây dựng được phương pháp đánh giá tuổi bền của dao phay đồng thời bằng nhiều chỉ tiêu. Trong điều kiện gia công cụ thể, chúng ta có Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 thể lựa chọn được giá trị tuổi bền hợp lý, góp phần tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả của sản xuất. Ngoài ra công trình này cũng đã xây dựng được các hàm mục tiêu, các điều kiện rằng buộc, phương pháp giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay trên máy phay CNC. Đây chính là cơ sở lý thuyết để xây dựng cơ sở dữ liệu chế độ cắt cho các máy phay được sản xuất trong nước. 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 nhiều nhược điểm. Giải pháp của công trình ở tài liệu [6] đưa ra phương pháp bù sai số bằng cách bù chương trình NC bằng phần mềm CAD/CAM, giải pháp này xác định sai số tổng hợp mà không quan tâm đến nguyên nhân gây sai số cũng như sự phức tạp của biên dạng gia công. Giải pháp nói đến ở tài liệu [7] đưa ra phương pháp xử lý dữ liệu và đưa ra lớp cắt tối ưu hoàn toàn mang tính khách quan dựa vào độ dốc của biên dạng. Cả hai giải pháp trên đều đưa ra các phương pháp can thiệp vào phần mềm của máy mà chưa nghiên cứu đến các yếu tố công nghệ bên ngoài. 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 tra độ chính xác gia công. - Nâng cao độ chính xác hình dáng hình học của sản phẩm. - Ứng dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp hiện nay. 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, trong đó thực nghiệm là chủ yếu. - Nghiªn cøu c¸c yÕu tè ¶nh h•ëng tíi ®é chÝnh x¸c cña m¸y. + Sai sè h×nh häc. + Sai sè ®iÒu khiÓn. - Nghiên cứu về các biện pháp công nghệ nhằm nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công đứng VMC – 85S. - Thực nghiệm: Thực hiện gia công bề mặt trụ trong có đường kính Ф22 trên trung tâm gia công VMC – 85S, đo biên dạng bề mặt trên máy đo 3 chiều C544 để đánh giá độ chính xác hình dáng hình học. Hướng nghiên cứu: Thực hiện ăn dao theo kiểu hai đường tròn tiếp xúc nhau theo sơ đồ sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 Dao Ph«i BÒ mÆt gia c«ng Hình 1.12. Sơ đồ ăn dao Sơ đồ nghiên cứu Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 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 Chi tiết gia công Phôi thép 45 Quy trình công nghệ Trung tâm gia công VMC-85S Máy đo 3D CMM-C544 Tính toán sai số biên dạng Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 1. Số hóa bề mặt chi tiết cần gia công. 2. Mô hình hóa CAD bề mặt cần gia công. 3. Chế tạo chi tiết theo nhiều toolpath khác nhau. 4. Kiểm tra và đánh giá sai số gia công. 5. Các biện pháp công nghệ để nâng cao độ chính xác gia công. CHƢƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 2.1. Độ chính xác gia công Kỹ thuật ngày nay đòi hỏi máy móc, thiết bị phải gọn, đẹp, làm việc chính xác, độ tin cậy cao. Muốn vậy thì từng chi tiết máy phải có kết cấu hợp lý, độ chính xác và độ bóng bề mặt phù hợp với yêu cầu làm việc, tính chất cơ lý của bề mặt. Độ chính xác của một chi tiết máy hay một cơ cấu máy là do người thiết kế quy định trên cơ sở yêu cầu làm việc của máy như; độ chính xác, độ ổn định, độ bền 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 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. Độ chính xác gia công bao gồm: + Độ chính xác của một chi tiết. + Độ chính xác của cụm chi tiết. + 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. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 + 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 chính xác xoay của bề mặt này so với bề mặt kia được quan sát theo hai mặt phẳng toạ độ vuông góc với nhau. Độ chính xác vị trí tương quan thường được thể hiện riêng trên bản vẽ thiết kế. + Độ chính xác hình dáng hình học của chi tiết máy; là mức độ phù hợp của chúng so với hình dáng hình học lý tưởng. Ví dụ như chi tiết hình trụ thì độ chính xác hình dáng hình học là độ côn, độ ôvan, độ đa cạnh, độ tang trống vv… còn khi 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). + 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. Khi đánh giá độ chính xác gia công của một cụm chi tiết, ngoài những yếu tố cần xem xét cho một chi tiết cần phải kể đến những yếu tố khác nhằm đảm bảo sai số tổng hợp xuất hiện trên một chi tiết bất kỳ trong nhóm đều nhỏ hơn sai số cho 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 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 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. 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 dịch chuyển, biến dạng đàn hồi của các chi tiết dẫn động, lực quán tính khi hãm, khi tăng tốc, ma sát, hệ thống điều khiển servo, lực cắt và rung động. Với máy nhiều 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: - 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. 2.2.1. Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy 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. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 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 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 gồm bức xạ nhiệt, ánh nắng mặt trời hay nhiệt độ môi trường. Các nguồn nhiệt chính trong máy công cụ xuất phát từ: - 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. - 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 Việc thiết kế cấu trúc để cải tiến chế độ nhiệt của máy công cụ thực hiện theo 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. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 - Xem xét khả năng biến dạng nhiệt giữa dụng cụ và phôi để giảm thiểu sai số này khi thiết kế máy. * Biện pháp giảm sai số nhiệt trong quá trình sử dụng Sai số vị trí do sự giãn nở nhiệt của vít me bi là yếu tố đầu tiên cần phải làm giảm đi. Phần lớn lực ma sát trong hệ dẫn động được sinh ra do vít me bi. Kết quả này là do động học phức tạp của cơ cấu vít me bi. Chế độ nhiệt còn phụ thuộc trục có được giãn nở tự do hay không. Để giảm sự ảnh hưởng của nhiệt độ có hai phương pháp: Làm mát vít me bi và bù bằng phần mềm. 2.2.3. Sai trong hệ thống dẫn động Trung tâm gia công VMC 85S hoạt động dựa trên sự tổng hợp chuyển động của các trục X, Y, Z. Quá trình gia công trên máy được thực hiện nhờ sự kết hợp chuyển động của bàn máy để tạo ra contour và chuyển động của trục mang dao 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 truyền dẫn cao, tổn thất công suất nhỏ do hiệu suất của vít me đai ốc bi có thể đạt được trên 90%. Cơ cấu này cho độ chính xác di động cao do khử được khe hở trong mối ghép ren và tạo ra lực căng ban đầu để tăng cứng vứng cho trục. Ở bộ truyền vít me bi, các viên bi chuyển động trên các đường xoắn vít. Khi vít me quay, các viên bi truyền chuyển động dọc trục tới gối đỡ. 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 của trục động cơ servo với các phần ghép nối. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 2.2.4. Sai số do sống trƣợt Trong máy CNC, có hai loại sống dẫn hướng được sử dụng, sống dẫn hướng lăn và sống dẫn hướng trượt. Với sống dẫn hướng trượt, để bàn máy chuyển động thì yêu cầu lực truyền phải lớn hơn so với sống dẫn hướng lăn. Với sống dẫn hướng trượt, ma sát trượt lớn nên luôn luôn xuất hiện sai số do dính trượt. Sai số còn xuất hiện trong quá trình chế tạo sống dẫn hướng và sai số trong quá trình lắp ráp. Sống dẫn hướng lăn có ma sát nhỏ hơn. Tuy nhiên sống dẫn hướng lăn có khả năng dập rung động kém hơn loại sống trượt. Các nguồn sai số chính gây ra bởi sống dẫn hướng là: - Chế tạo các chi tiết không chính xác. - Mòn sống dẫn hướng. - Biến dạng tĩnh do khối lượng và lực cắt. - Biến dạng nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ. 2.2.5. Sai số do ổ đỡ Phần lớn máy CNC sử dụng 3 sơ đồ bố trí ổ đỡ khác nhau để đỡ trục vít me. Loại 1 có các ổ cố định tại một đầu và đầu còn lại tự do để vít me giãn ra dễ dàng theo sự thay đổi của nhiệt độ. Loại 2 là loại có ổ cố định ở hai đầu vít me làm cho trục vít me bị uốn khi nhiệt độ tăng. Loại thứ 3 có một đầu cố định còn đầu kia được đặt tải từ trước. Loại ổ này làm việc giống như loại ổ đỡ cố định hai đầu ở 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 sai số hình học của chi tiết trong quá trình gia công. Độ cứng vững của máy cắt kim Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 loại không hợp lý sẽ gây ra sai số về hình dáng của chi tiết gia công. Đặc tính động không đồng đều sẽ dẫn đến hình thành các rung động, có thể dẫn đến làm xấu chất 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 thể quay. - Tự rung: Hệ thống rung động tại một hoặc nhiều tần số khi không có các lức bên ngoài. Khi tần số kích thích ở cùng tần số tự rung sẽ tạo ra hiện tượng cộng hưởng. 2.2.7. Sai số do tải tĩnh và động 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. 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 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 (PPS). Dữ liệu này dùng để dẫn động bàn quay hoặc cơ cấu chấp hành khác tới vị trí đã được lập trình. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 Hệ dẫn động servo đóng vai trò quan trọng tới độ chính xác gia công. Động cơ servo và cơ cấu dẫn động thường được ghép trực tiếp với nhau. Các cơ cấu dẫn 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. Hạn chế chính với cả hai hệ thống đo là sự định vị điểm đo và đầu dụng cụ có sự sai lệch về khoảng cách. Vì sai lệch về khoảng cách này, các sai số nhỏ đã 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 nội suy khác dựa trên hai loại nội suy này. 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. - 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. - Tín hiệu phi tuyến. Với nhiều cơ cấu điều khiển hiện đại như: Sinumerik 840D và Heidenhain TCN 426/TNC 430 có điều khiển ăn tới có thể thực hiện khử sự không chính xác gây nên bởi sai số trên và các cấp chính xác cao có thể đạt được thậm chí với tốc độ gia công cao. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 2.3. Kết luận Các máy công cụ CNC có cấu trúc và cơ cấu điều khiển rất phức tạp và rất 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 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 giả chọn hướng nghiên cứu chế độ công nghệ gia công nhằm 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 CHƢƠNG III. NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG KHI GIA CÔNG BỀ MẶT TRỤ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC – 85S 3.1. Mô hình nghiên cứu 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: Chi tiết gia công Phôi thép 45 Quy trình công nghệ Trung tâm gia công VMC-85S Máy đo 3D CMM-C544 Tính toán sai số biên dạng Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 3.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 3.2.1. Trung tâm gia công VMC – 85S Trung tâm gia công VMC – 85S do hãng Maximart của Đài Loan sản xuất 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 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo X, Y mm/phút 12000 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo Z 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 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 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 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 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 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 đo được gắn trên giá lắp trên thân trượt theo phương Z, khi đầu đo được điều chỉnh đến một điển đo nào đó thì đầu đọc sẽ cho ta biết tọa độ X, Y, Z tương ứng theo 3 trục với độ chính xác khá cao, có thể lên đến 0,1m. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Máy CMM thường được thiết kế với 3 phần chính: 1 – Thân máy 2 - Đầu dò 3 – Giá mang đầu đo Hình 3.1. Cấu tạo máy CMM – C544 Khi quét bằng phương pháp này thì đầu dò của máy tiếp xúc với bề mặt cần đo, mỗi vị trí đo có tọa độ (x, y, z) và tập hợp các điểm đó sẽ cho một đám mây điểm hoặc dữ liệu biên dạng đường, mặt hay của cả chi tiết. 1 3 2 1 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Hình 3.2. Các loại đầu đo cho máy CMM 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. Loại máy được dẫn động bằng tay vận hành đơn giản, nhẹ nhàng nhờ dùng 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… Dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thết kế 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 (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 vụ cho việc thiết kế chi tiết bằng phần mềm Pro/Engineer hoặc các phần mềm khác. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 - Scanpak: Dùng để số hóa biên dạng 3D của vật thể, chuyên dùng để quét 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 X, Y, Z, độ phân giải và trọng lượng vật đo. 3.2.2.2. Tính năng kỹ thuật cơ bản Kiểu máy Beyond Crystal C544 Khoảng đo Trục X 505 mm Trục Y 405 mm Trục Z 405 mm Độ chính xác ở nhiệt độ 200C 10C theo tiêu chuẩn MPEE = (1,7 + 4L/100)m Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 Chuẩn chiều dài Thước kính mã hóa Độ phân dải 0,0001 mm Phương pháp dẫn hướng Sử dụng đệm khí trên các trục dẫn 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 Các yêu cầu liên quan đến vật đo Chiều cao lớn nhất 545 mm Khối lượng lớn nhất Kích thước bàn đặt phôi Kích thước 638 x 860 mm Vật liệu Đá granit có độ không phẳng nhỏ hơn 0,0009 mm Kích thước máy Chiều dài 1160 mm Chiều rộng 1122 mm Chiều cao 1185 mm Khối lượng máy 515 Kg Năng lượng cung cấp Khí nén 0,4 Mpa, lưu lượng trung bình: 50 lit/phút Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 Điện áp 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 3.2.3. Phần mềm thiết kế CAD/CAM 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 không thể không dùng các phần mềm CAD/CAM. 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 máy tính để tạo lập , sửa chữa hoặc trình bày một thiết kế kỹ thuật. CAD có liên hệ chặt chẽ với hệ thống đồ họa máy tính. Các lý do quan trọng có thể kể đến khi sử dụng hệ thống CAD là khả năng tăng hiệu quả làm việc cho người thiết kế, nâng 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 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 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. 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 chóng. Nó đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. 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. 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 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 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 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 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. 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: Trong môi trường Mastercam có 4 mô đun chính: - 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. 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. 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. * Menu chính Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 * Menu thứ cấp: 3.3.2. Các dạng gia công cơ bản trên mô đun phay Quá trình phay trên cac máy phay CNC và trung tâm gia công sử dụng 6 dạng gia công chính: - Phay mặt (Face). - Phay theo biên dạng (Contour). - Phay hốc (Pocket). - Phay rãnh (Slot). Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 - 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). 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 máy. Quá trình lập trình gia công tự động đến đây kết thúc. 3.4. Chế độ gia công 3.4.1. Các phƣơng chạy ăn dao 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 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 pháp chạy dao tiếp tuyến, phương pháp chạy dao theo kiểu hai đường tròn tiếp xúc nhau…vv Sơ đồ chạy dao hƣớng kính: Dao Ph«i BÒ mÆt gia c«ng Hình 3.3.Sơ đồ chạy dao hướng kích Sơ đồ chạy dao tiếp tuyến: BÒ mÆt gia c«ng Ph«i Dao Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 Hình 3.4. Sơ đồ chạy dao tiếp tuyến Sơ đồ chạy dao kiểu tiếp tuyến chung của hai đƣờng tròn: Dao Ph«i BÒ mÆt gia c«ng 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 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. Nếu cho dao ăn vào theo kiểu tiếp tuyến như ở hình 3.4. thì khi đó chiều sâu cắt sẽ tăng dần lên (hình 3.6) kéo theo đó là lực cắt cũng tăng dần lên, điều này sẽ 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 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 vào ở hình 3.3 và hình 3.4  độ chính xác biên dạng của chi tiết gia công được tăng lên hay nói cách khác là sai số sẽ giảm đi. BÒ mÆt gia c«ng Ph«i Dao ChiÒu dµy c¾t t¨ng dÇn Hình 3.6. Thay đổi chiều dày cắt ở phương pháp chạy dao tiếp tuyến Dao Ph«i BÒ mÆt gia c«ngChiÒu dµy c¾t t¨ng dÇn Hình 3.7. Thay đổi chiều dày cắt ở phương pháp chạy dao kiểu tiếp tuyến chung hai đường tròn Qua sự phân tích trên đây, tác giả chọn phương pháp gia công là khi bắt đầu cho dao ăn vào phôi sẽ cho dao ăn vào theo kiểu hai đường tròn tiếp xúc với nhau như ở sơ đồ ăn dao hình 3.5 và hình 3.7. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 3.4.2. Chọn dao và chế độ cắt (V, Sz, T) Chọn dụng cụ cắt ở đây là chọn dao phay ngón làm bằng thép gió phủ (TiN + TiAlN) có hai lưỡi cắt. Hình 3.8. Kích thước của dao Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 Theo các catalogue về dụng cụ cắt thì với loại dao cắt này ta nên chon chế độ gia công như sau: Loại dao Thông số dao Số hiệu CHẾ ĐỘ CẮT(V, SZ, T) V (m/phút) S(mm/răng) T(mm) Dao phay ngón 10 – Thép gió phủ (TiN + TiAlN) – 2 lưỡi cắt d1=8.0, d2=10.0, l1=88.0, l2=38.0 3695.8.0 39 - 49 0.012 16 Trong đó: + V: Tốc độ cắt. + Sz Bước tiến. + T Chiều sâu cắt. + Số răng cắt Z=2. 3.5. Thực nghiệm gia công trên trung tâm VMC – 85S 3.5.1. Thiết kế CAD/CAM Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 3.5.1.1. Biên dạng và kích thƣớc gia công Để xác định được sai số gia công phân bố theo quy luật chuẩn phải tiến hành làm thí nghiêm với các chế độ cắt khác nhau và sác định sai số trung bình, từ đó đưa ra được một chế độ công nghệ (phương pháp vào dao, chế độ cắt V, Sz, T) hợp lý để sao cho khi gia công sẽ cho ra sản phẩm có độ chính xác về biên dạng trụ là lớn nhất (nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ) Tác giả chọn biên dạng gia công là hốc trụ có biên dạng và kích thước như sau: 18 lç Ø18 30 5 Ø200 a. Bản vẽ phôi Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 5 30 Ø22   b. Bản vẽ biên dạng gia công Hình 3.9. Phôi và biên dạng gia công thực nghiệm 3.5.1.2. Lập trình nguyên công * Khởi động chƣơng trình - Click đúp vào biểu tượng CAM MILL trên màn hình  xuất hiện dao diện của chương trình phay như sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 Hình 3.10. Giao diện màn hình MasterCAM Mill * Vẽ biên dạng gia công Biên dạng cần gia công là đường tròn có đường kính 22 như sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 Hình 3.11. Vẽ biên dạng gia công * Thiết lập các thông số công nghệ - Chọn phương pháp gia công là gia công Contour bằng cách vào toolpaths/contour. chọn biên dạng đường tròn. Xuất hiện bảng thoại sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Hình 3.12.Chọn dao và các chế độ công nghệ trong hộp thoại tool parameter - Trong thẻ tool parameter: Ta chọn dao, các chế độ công nghệ theo bảng 3.1. - Thẻ contour parameter: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 Hình 3.13. Chọn chiều sâu cắt, chế độ bù dao trong hộp thoại Contour parameter - Trong hộp thoại Lead in/out: Ta sẽ chọn các kiểu đường vào và đường ra của dụng cụ cắt: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Hình 3.14. Hộp thoại Lead in/out Với Entry là các đường vào, Exit là các đường ra. Ở đây ta có các đường vào ra là 1 đường thằng và 1 đường tròn có đường kính được tính theo đường kính của dụng cụ cắt (xem trong bảng 3.1). - Qúa trình gia công với các đường chạy dao được thể hiện như sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Hình 3.15. Hiển thị đường chạy dao * Khai báo phôi - Vào Jop setup để khai báo phôi. - Click Post processor để chọn hệ điều hành phù hợp với hệ điều hành của máy gia công là Fanuc hoặc chọn theo mã chuẩn ISO. - Nhập kích thước để tạo phôi gia công hoặc click Bounding box để khai báo phôi. - Expand: Nhập các khoảng cách thừa của phôi so với chi tiết. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Hình 3.16. Khai báo phôi, vật liệu, hệ điều khiển * Mô phỏng, kiểm tra và xuất chƣơng trình NC Sau khi đã thiết lập các thông số công nghệ ta tiến hành mô phỏng quá trình phay trên máy tính nhằm phát hiện và sửa chữa các sai sót về công nghệ. Mô phỏng, kiểm tra bằng verify: 100 20 200 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Hình 3.17. Mô phỏng quá trình gia công Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Hình 3.18. Quá trình gia công tinh - Sau khi đã kiểm tra và hiệu chỉnh đạt yêu cầu ta thực hiện xuất chương trình NC. Để xuất ra chương trình NC ta nhấn post/ok: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Hình 3.19. Xuất chương trình NC Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 Hình 3.20. File chương trình NC Chƣơng trình NC là: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 % O0000 N1G21 N2G0G17G40G49G80G90 N4G0G90X-3.Y-4.S1200M3 N5G43H1Z50. N6Z5. N7G1Z-5.F40. N8X2.F80. N9G3X6.Y0.R4. N10X-6.R6. N11X6.R6. N12X2.Y4.R4. N13G1X-3. N14G0Z150. N15M5 N16G91X0.Y0. N18M30 % 3.5.2. Truyền chƣơng trình NC sang máy CNC Với máy VMC – 85S có hệ điều khiển là Fanuc OMD chương trình được truyền qua cổng RS232 và có thể dùng phần mềm DNC Server để truyền và nhận chương trình, phần mềm này có giao diện như hình vẽ sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 Hình 3.21. Giao diện DNC Thiết lập tham số truyền Để máy có thể nhận được tín hiệu truyền DNC cần phải thiết lập các tham số của máy và phần mềm tương thích nhau và nối cáp truyền đúng theo sơ đồ các tham số đó. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Hình 3.22. Các tham số DNC Hình 3.23. Truyền và nhân chương trình - Settings  Machine : Cài đặt máy - Settings  Communication: Để thiết lập các tham số Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 3.5.3. Điều chỉnh máy Khi đã truyền và nhận chương trình từ máy tính, để có thể gia công được cần hiệu chỉnh và thiết lập các tham số của máy gia công CNC. 3.5.3.1. Thiết lập gốc tọa độ phôi Gốc tọa độ của chương trình thiết kế trên máy tính và gốc của phôi khi khai báo phải thống nhất, để khai báo chính xác cần lập trình cho dao chạy không và điều khiển bằng tay để di chuyển dao chạm phôi, sử dụng hàm G54 trong chức năng này. 3.5.3.2. Thiết lập các tham số bù dao - Bù đường kính dao: Khi thiết kế công nghệ CAD/CAM có thể tùy chọn chức năng bù tự động hoặc bù theo giá trị trực tiếp trên hệ thống điều khiển và nhập giá trị vào tham số bù. - Bù chiều dài dao: Trong quá trình gia công phải dùng nhiều dao có chiều dài khác nhau trong một chương trình. Với hệ điều khiển Fanuc OMD của trung tâm gia công này thì luôn chọn dao thứ nhất làm chuẩn và mặc định có chiều dài bằng 0, các dao sử dụng trong các nguyên công sau được so sánh với dao thứ nhất và cũng được nhập giá trị l vào bảng tham số của máy. 3.5.3.3. Gia công cắt gọt Sau khi đã gá đặt, thiết lập gốc tọa độ, thiết lập các chức năng bù dao ta tiến hành gia công sản phẩm với các mẫu và chế độ cắt như bảng 3.1. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 Bảng 3.1. Chế độ gia công STT Kích thước g/c  (mm) Chiều sâu cắt T(mm) Tốc độ tiến dao V (m/phút) Tốc độ trục chính n(vòng/phút) r (mm) 1 22 2 80 1080 0 2 22 2 80 1200 0 3 22 2 80 1320 0 4 22 2 80 1080 1,5 5 22 2 80 1200 1,5 6 22 2 80 1320 1,5 7 22 2 80 1080 2,5 8 22 2 80 1200 2,5 9 22 2 80 1320 2,5 10 22 2 80 1080 2 11 22 2 80 1200 2 12 22 2 80 1320 2 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 3.6. Đo sai số gia công trên máy CMM – C544 3.6.1. Gá đặt chi tiết Chi tiết cần đo được cố đinh trên bàn máy. Đặt bàn máp và vật cần đo lên bàn máy sao cho các cạnh của bàn máp song song với các trục x, y của máy 3.6.2. Khởi động máy đo toạ độ CMM 544 Ta lắp đầu đo 3mm với chiều dài kim đo hợp lý. Bật máy nén khí, máy sấy khí. Bật van khí nén, kiểm tra mức khí ở mức 0,4 MPa. Khởi động máy tính, Khởi động chương trình MCOSMOS24. Nhấn phím START trên joytick. - Chương trình hiện lên như sau: Hình 3.24. Giao diện phần mềm Mcosmos - Đặt tên cho chương trình đo trong phần chương trình part manager. - Nhấn vào nút CMM learn mode. - Chương trình GEOPAK xuất hiện như hình dưới: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 Hình 3.25. Chương trình GEOPAK 3.6.3. Tiến hành hiệu chuẩn đầu đo Sử dụng quả cầu hiệu chuẩn MasterBall (Quả cầu có đường kính 19.9956mm). Quả cầu MB được lắp trên bàn máy. Để hiệu chuẩn ta phải đo quả cầu MB trên 6 điểm bất kì trên MB. Khi khởi động CT GEOPAK, sẽ xuất hiện hộp thoại Start up Wizard Click vào nút exit and Calibrate Ta có thể hiệu chuẩn lại một đầu cũ, hoặc hiệu chuẩn một đầu mới. Click vào nút Calibrate. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 Hình 3.26. Hiệu chuẩn đầu đo Tiến hành dịch chuyển đầu đo bằng joytick (Một thiết bị để dịch chuyển máy bằng tay). Khi tiến hành đo MB ta nhấn vào nút MEAS trên joytick và chạm 6 điểm bất kỳ trên MB. Sau khi đo 6 điểm trên MB máy sẽ báo kết quả được hiệu chuẩn của đầu đo. 3.6.4. Tiến hành lập hệ toạ độ của chƣơng trình đo Tiến hành đo một điểm để chọn làm gốc toạ độ, ta click nút Element Point sau đó tiến hành đo 1 điểm. Tiến hành đo một mặt phẳng để chọn mặt phẳng đó làm mặt phảng chuẩn Oxy. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 Sau khi đã có một điểm và một mặt phẳng ta tiến hành lập hệ toạ độ bằng chọn menu Co-or sys. Hình 3.27. Chọn hệ tọa độ Click Align plane… để chọn mặt phẳng đã đo làm mặt phẳng chuẩn Oxy Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 Hình 3.28. Chọn mặt phẳng chuẩn Click chọn Create origin… để chọn 1 điểm làm gốc toạ độ Lúc này ta đã có một hệ toạ độ cho chi tiết cần đo vẫn giữ nguyên trục x, y, z theo toạ độ máy. Hình 3.29. Chọn gốc tọa độ Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 3.6.5. Tiến hành đo biên dạng bao quanh vật thể Nhấn menu Machine, chọn CNC on/off lúc này máy sẽ có khả năng chạy tự động. Hình 3.30. Chọn chế độ chạy tự động Click Element Contour, ta chọn chế độ tự động (Auto). Điều chỉnh Joytick để đầu đo tiến gần sát vật thể ở một cao độ nhất định. nhấn OK. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 Hình 3.31. Chọn chế độ tự động Xuất hiện bảng thoại Scanning (CNC) như hình dưới. Ta chọn hướng tiếp xúc hợp lí. Chú ý phải nhấn vào nút Position of Machine để máy biết vị trí hiện thời. Nhập bước tiếp xúc(Pitch) là 2mm, và bước an toàn (Safety dist) là 1mm. Nhấn OK. Hình 3.32. Hộp thoại ScanningCNC Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Máy sẽ tự động quét biên dạng bao quanh chi tiết. Hình 3.33. Biên dạng đo Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 Hình ảnh 3.34. Chi tiết sau gia công Hình ảnh 3.35. Thao tác đo trên máy CMM – C544 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 Mỗi mẫu thí nghiêm ta tiến hành đo 3 lần, từ kết quả đo, tính toán sai số kích thước, sai số hình dáng hình học (độ không tròn)  thu được kết quả đo các mẫu như trong bảng 3.2. Bảng 3.2. Kết quả đo mẫu STT Kích thƣớc g/c  (mm) Tốc độ trục chính n (vòng/ph út) r (mm) Kích thƣớc sau gia công  (mm) Sai số kích thƣớc (mm) Sai số kích thƣớc trung bình (mm) Sai số hình dáng hình học (độ tròn) 1 22 1080 0 21,9293 -0,0707 -0,0737 0.0078 21,9280 -0,0720 21,9215 -0,0785 2 22 1200 0 21,9346 -0,0654 -0,0681 0.0048 21,9314 -0,0686 21,9298 -0,0702 3 22 1320 0 21,9144 -0,0856 -0,0844 0,0078 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 21,9201 -0,0799 21,9123 -0,0877 4 22 1080 1,5 21,9518 -0,0482 -0,0402 0,0147 21,9665 -0,0335 21,9610 -0,0389 5 22 1200 1,5 21,9661 -0,0339 -0,0361 0,006 21,9656 -0,0345 21,9601 -0,0399 6 22 1320 1,5 21,9615 -0,0385 -0,0394 0,0103 21,9512 -0,0488 21,9611 -0,0389 7 22 1080 2,5 21,9451 -0,0549 -0,0552 0,0066 21,9413 -0,0587 21,9479 -0,0521 8 22 1200 2,5 21,9548 -0,0452 -0,0449 0,0082 21,9511 -0,0489 21,9593 -0,0407 9 22 1320 2,5 21,9464 -0,0536 -0,0540 0,0076 Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 21,9495 -0,0505 21,9419 -0,0581 10 22 1080 2 21,9627 -0,0373 -0,0413 0,0111 21,9516 -0,0484 21,9618 -0,0382 11 22 1200 2 21,9355 -0,0645 -0,0648 0,0071 21,9385 -0,0615 21,9314 -0,0686 12 22 1320 2 21,9582 -0,0418 -0,0479 0,0171 21,9611 -0,0589 21,9568 -0,0432 Từ kết quả đo và tính toán trong bảng 3.2 ta có được đồ thị so sánh sai số kích thước và sai số hình dáng hình học phụ thuộc vào r như sau: Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 r (mm) Sai sè (m) KÝch th•íc danh nghÜa r (mm) -64.8 -55.2 -41.3 -73.7 -40.2 -44.9 -68.1 -36.1 -54-47.9 -84.4 -39.4 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 1.5 2 2.5 n=1080 n=1200 n=1320 Hình 3.36. Đồ thị ảnh hưởng của bán kính đường vào dao tới sai số kích thước gia công 14.7 7.8 11.1 6.6 7.1 64.8 8.2 10.3 17.1 7.6 -10 0 10 20 30 1.5 2 2.5 n = 1080 n = 1200 n = 1320 Hình 3.37. Đồ thị ảnh hưởng của bán kính đường vào dao tới sai số hình dáng hình học (độ không tròn) KÝch th•íc danh nghÜa Sai số hình dáng hình học (m) Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 Từ kết quả đo và tính toán trong đồ thị ta thấy Khi gia công hốc trụ 22 với chế độ cắt là: + Chiều sâu cắt T = 5 (mm) + Tốc độ chạy dao V = 80 (m/ph). + Tốc độ quay của trục chính là n = 1200 (vòng/phút) Ta chọn phương pháp vào dao theo kiểu 2 đường tròn tiếp xúc nhau (xem hình 1.12 – chương I) với bán kính đường tròn vào dao bằng 30% bán kính dao (ở đây bán kính dao bằng 5 mm  bán kính đường tròn vào dao bằng 1,5 mm). Kết quả thu được biên dạng gia công đạt độ chính xác khá cao: - Sai số kích thước đạt được là -0,0361 mm = -36,1 m. - Sai số hình dáng hình học (sai số độ tròn) là 0,006 mm = 6 m. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 CHƢƠNG IV. KẾT LUẬN Trên cơ sở hệ thống thiết bị gồm: trung tâm gia công VMC – 85S, máy đo 3 chiều CMM – C544 và các tài liệu liên quan, luân văn đã hoàn thành đề tài “Nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC – 85S”. Sau một khoảng thời gian nghiên cứu khá dài, đến nay đề tài đã hoàn thành và đã giải quyết được các vấn đề sau: - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của máy. + Sai số hình học. + Sai số điều khiển. - Nghiên cứu về các biện pháp công nghệ nhằm nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công đứng VMC – 85S. - Ứng dụng công nghệ đo Scanning để tạo mô hình CAD của sản phẩm và kiểm tra độ chính xác gia công. - Nâng cao độ chính xác kích thước biên dạng sản phẩm. - Ứng dụng công nghệ CAD/CAM, CNC trong thiết kế, gia công cơ khí chính xác. Với những kết quả có được như trên, đề tài đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra. Tuy nhiên, vấn đề nâng cao chất lượng gia công (độ chính xác gia công) khi gia công trên các máy CNC vẫn còn là vấn đề khá mới mẻ ở Việt Nam. Do vậy các đề tài đã nghiên cứu và các tài liệu tham khảo bằng tiếng Việt là rất ít ỏi. Mặt khác, do trình độ của tác giả còn hạn chế nên đề tài còn có những chỗ thiếu sót. Cụ thể là Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 nội dung nghiên cứu của đề tài mới chỉ tập trung vào thực nghiệm và ứng dụng mà chưa đưa ra được mô hình cụ thể. Trong tương lai, tác giả dự định sẽ tiếp tục phát triển đề tài này. Vì vậy tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô, các bạn đồng nghiệp và các bạn đọc để đề tài này được hoàn thiện hơn và có triển vọng phát triển trong tương lai. Xin trân trọng cảm ơn ! Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS.TS Trần Văn Địch, Công nghệ phay, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2001. [2]. Nguyễn Tiến Đào, Nguyễn Tiến Dũng, Kỹ thuật phay, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2007. [3 ]. Trần Văn Địch, Công Nghệ gia công trên máy CNC, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2000. [4]. Trần Văn Địch, Kỹ Thuật Phay, NXB Thanh Niên, 1999. [5]. Ing Adolf Frischherz, Ing Herbert Piegler TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍKOŮ2 [6 ]. Trương Thị Thu Hương, “Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình học phức tạp trên trung tâm gia công ba trục CNC bằng phương pháp bù sai số”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy, Trường Đại học Kỹ thật công nghiệp Thái Nguyên, 2008. [7]. Vũ Đức Giang, “Nâng cao độ chính xác gia công chi tiết máy hình dáng phức tạp trên các hệ thống CAD/CAM bằng phương pháp tối ưu hoá cắt lớp thích nghi”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy, Trường Đại học Kỹ thật công nghiệp Thái Nguyên, 2006. [8]. Bành Tiến Long, nghiên cứu sai số vị trí bằng phần mềm điều khiển khi gia công phay CNC, Tạp chí Cơ khí Việt Nam 2007 [9]. Nguyễn Đăng Hòe, Xác định sai số tổng hợp của máy đo tọa độ bằng mẫu đo đặc biệt, Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 [10]. Hoàng Việt Hồng, “Mô hình húa quá trình cắt khi phay trên máy phay CNC”, Luận án tiến sĩ khoa học,Viện máy và dụng cụ công nghiệp 2002. [11]. Missler Software, TopSolid’Cam 2006. [12]. Software Mastercam Version 9.0.