Tài liệu Khai thác cồng nghệ gia công bề mặt phức tạp trên máy cnc 2 trục chính

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................... 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................. 1 4. Phương pháp nghiên cứu............................................................................ 2 5. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 2 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP ...................................................................................................... 3 1.1. TỔNG QUAN CÁC DẠNG BỀ MẶT TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT ........................................................................................................................... 3 1.1.1. Các dạng bề mặt gia công ............................................................... 3 a, Dạng bề mặt có đường chuẩn là đường tròn .................................... 3 b) Dạng bề mặt có đường chuẩn là đường thẳng ................................. 4 c, Dạng bề mặt phức tạp ....................................................................... 5 1.1.2. Cơ sở tạo hình bề mặt gia công....................................................... 6 a) Động học gia công cắt gọt................................................................ 6 b) Sơ đồ động học tạo hình ................................................................... 8 1.2. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM TRONG GIA CÔNG CÁC DẠNG BỀ MẶT PHỨC TẠP ....................................................................... 10 1.2.1. Các khái niệm về phương pháp xây dựng bề mặt cho CAD/ CAM ......................................................................................................................... 10 a, Các cách biểu diễn đường cong...................................................... 10 b, Biểu diễn các mặt ............................................................................ 16 1.2.2. Các ma trận cơ bản........................................................................ 20 a, Ma trận cơ bản thứ nhất ................................................................. 20 b, Ma trận cơ bản thứ hai ................................................................... 21 c, Độ cong chuẩn ................................................................................ 21 d, Độ cong chính ................................................................................. 22 CHƯƠNG 2 - MÁY TIỆN CNC 2 TRỤC CHÍNH MAXXTURN 65 ...... 24 2.1. SƠ LƯỢC VỀ MÁY TIỆN 2 TRỤC CHÍNH MAXXTURN 65 ........ 24 2.1.1. Các đặc điểm cơ bản ..................................................................... 24 2.1.2. Các điểm tham chiếu và hệ tọa độ ................................................ 26 a) Các điểm tham chiếu ...................................................................... 26 b) Hệ tọa độ trên máy ......................................................................... 27 2.1.3. Các mặt phẳng làm việc ................................................................ 29 a. Mặt phẳng dọc trục (Turning) ........................................................ 30 b. Mặt phẳng mặt đầu trục (Face) ...................................................... 30 c. Mặt phẳng mặt ngoại vi (Peripheral surface) ................................ 31 2.1.4. Vùng làm việc .............................................................................. 31 2.1.5. Đầu trục chính 2 (counter spindle)................................................ 33 a) Kết cấu ............................................................................................ 33 b) Các chu trình khi làm việc với trục chính 2 ................................... 34 2.2. PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN SHOPTURN .......................................... 39 2.2.1. Một số bước thao tác cơ bản ......................................................... 39 a)Tạo một chương trình mới ............................................................... 39 b) Tạo một dòng lệnh mới ................................................................... 41 c) Mô phỏng chương trình và gia công chi tiết .................................. 44 2.2.2 Một số chu trình gia công trong phần mềm điều khiển shopturn .. 47 a) Di chuyển theo đường thẳng và đường tròn................................... 47 b) Khoan lỗ (Drilling) ......................................................................... 49 c) Tiện (Turning) ................................................................................. 51 d) Chu trình tạo rãnh (Groove) .......................................................... 55 e) Chu trình phay (Milling) ................................................................. 57 CHƯƠNG 3 - THỰC NGHIỆM GIA CÔNG MỘT SỐ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY MAXXTURN 65 ............................................................ 64 3.1. CHI TIẾT TRỤC ĐĨA XÍCH ............................................................... 64 3.2. CHI TIẾT CAM LỆCH ......................................................................... 69 3.3. CHI TIẾT TRỤC LỤC GIÁC .............................................................. 73 3.4. CHI TIẾT TRỤC RÃNH ...................................................................... 78 CHƯƠNG 4 - KẾT LUẬN ........................................................................... 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 83 PHỤ LỤC ....................................................................................................... 84 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang bảng 2.1. Hệ tọa độ tuyệt đối và hệ tọa độ tương đối 27 2.2. Hệ tọa độ Decac và hệ tọa độ cực 28 2.3. Bảng thông số trục chính 2 34 2.4. Bảng tham số khi di chuyển theo đường thẳng 48 2.5. Bảng tham số khi di chuyển theo đường tròn 49 2.6. Bảng tham số khi khoan lỗ 50 2.7. Bảng tham số khi tiện phá 52 2.8. Bảng tham số khi tiện ren 54 2.9. Bảng tham số chu trình tạo rãnh 56 3.1. Các bước gia công trục đĩa xích 64 3.2. Các bước gia công chi tiết cam lệch 69 3.3. Các bước gia công trục lục giác 73 3.4. Chương trình gia công trục rãnh 78 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình vẽ Trang hình vẽ 1.1. Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh thẳng. 3 1.2. Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh gãy khúc. 3 1.3. Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh cong. 4 1.4. Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh thẳng. 4 1.5. Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh gãy khúc. 4 1.6. Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh cong. 5 1.7. Dạng bề mặt phức tạp 5 1.8. Dạng bề mặt trụ trục khuỷu 6 1.9. Mạch tạo hình 9 1.10. Gốc tọa độ trùng tâm đường tròn 11 1.11. Điểm M nằm bên trái tâm đường tròn đơn vị 12 1.12. Vectơ pháp tuyến chuẩn và đường tròn mật tiếp 15 1.13. Mặt cầu với gốc tọa độ tại tâm cầu 17 1.14. Đường cong trên bề mặt và mặt phẳng tiếp tuyến 18 2.1. Máy tiện CNC 2 trục chính Maxxturn 65 24 2.2. Các bộ phận máy tiện CNC 2 trục chính Maxxturn 65 25 2.3. Các điểm tham chiếu trên máy 26 2.4. Hệ tọa độ trên máy 27 2.5. Các mặt phẳng gia công trên máy tiện Maxxturn 65 29 2.6. Các bước gia công thực hiện trên mặt phẳng dọc trục 30 2.7. Các bước gia công thực hiện trên mặt phẳng mặt đầu trục 31 2.8. Các bước gia công thực hiện trên mặt phẳng mặt ngoại 31 vi Số hiệu Tên hình vẽ Trang hình vẽ 2.9. Vùng làm việc 32 2.10. Kết cấu đầu trục chính 33 2.11. Dải hành trình của trục chính 2 33 2.12. Bước thực hiện Gripping 35 2.13. Bước thực hiện Draw 36 2.14. Bước thực hiện Rear 37 2.15. Bước thực hiện Complete 38 2.16. Bảng tham số Progam header 40 2.17. Các thông số thiết lập hình dạng phôi 40 2.18. Thiết lập mặt phẳng lùi dao 41 2.19. Tạo dòng lệnh mới 43 2.20. Side View 45 2.21. Front View 45 2.22. Window view 46 2.23. Volume model 46 2.24. Di chuyển theo đường thẳng có và không bù bán kính dao 48 2.25. Chu trình khoan lỗ 51 2.26. Khoan nhiều lỗ trên mặt đầu chi tiết 51 2.27. Chu trình tiện biên dạng 53 2.28. Mô phỏng chu trình tiện biên dạng 53 2.29. Chu trình tiện ren 55 2.30. Mô phỏng chu trình tiện ren 55 2.31. Chu trình tạo rãnh 56 2.32. Mô phỏng chu trình tạo rãnh 57 Số hiệu Tên hình vẽ Trang hình vẽ 2.33. Chu trình phay hốc hình chữ nhật 58 2.34. Mô phỏng chu trình phay hốc hình chữ nhật 58 2.35. Chu trình phay hốc tròn 59 2.36. Mô phỏng chu trình phay hốc tròn 59 2.37. Các dạng đảo hình chữ nhật 60 2.38. Chu trình phay đảo hình chữ nhật 60 2.39. Mô phỏng chu trình phay đảo hình chữ nhật 61 2.40. Các dạng đa giác 61 2.41. Chu trình phay đa giác 62 2.42. Mô phỏng chu trình phay đa giác 62 2.43. Chu trình khắc chữ trên mặt trụ 63 2.44. Mô phỏng chu trình khắc chữ trên mặt trụ 63 3.1. Trục đĩa xích 64 3.2. Chương trình gia công trục đĩa xích 68 3.3. Trục đĩa xích gia công thực tế 69 3.4. Chi tiết cam lệch 69 3.5. Chương trình gia công chi tiết cam lệch 72 3.6. Chi tiết cam lệch gia công thực tế 73 3.7. Chi tiết trục lục giác 73 3.8. Chương trình gia công trục lục giác 76 3.9. Chương trình gia công trục lục giác(tiếp theo) 77 3.10. Chi tiết trục lục giác gia công thực tế 77 3.11. Trục rãnh 78 3.12. Chương trình gia công trục rãnh 80 Số hiệu Tên hình vẽ Trang hình vẽ 3.13. Chi tiết trục rãnh gia công thực tế 81 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công nghệ gia công trên máy CNC ngày càng được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Với việc sử dụng các máy CNC, ngoài việc chất lượng sản phẩm được nâng cao, năng suất gia công cũng được cải thiện đáng kể thì việc gia công những bề mặt phức tạp trên những máy tiện cũng phát triển. Từ đó, những sản phẩm tạo ra sẽ có giá cạnh tranh hơn nhưng vẫn thỏa mãn những yêu cầu khắc khe từ khách hàng. Tuy nhiên, để duy trì được các yếu tố trên thì việc sử dụng công nghệ gia công phù hợp để đảm bảo chất lượng, đúng tiến độ là một trong những tiêu chí quan trọng bậc nhất. Nghiên cứu, khai thác khả năng công nghệ của các máy tiện CNC 2 trục để gia công một số chi tiết dạng trụ có bề mặt phức tạp là một trong những hướng phát triển nhằm đáp ứng những yêu cầu trên. Việc làm này góp phần giải quyết vấn đề trước mắt là tiếp cận công nghệ gia công tiên tiến và giảm bớt nguyên công trong gia công chi tiết dạng trụ. Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn để tài: "Khai thác công nghệ gia công bề mặt phức tạp trên máy tiện CNC 2 trục chính" làm luận văn tốt nghiệp. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Khai thác khả năng công nghệ của máy tiện CNC 2 trục chính Maxxturn 65. - Khai thác phần mềm điều khiển ShopTurn của máy. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Chế tạo các chi tiết có biên dạng phức tạp trên máy tiện Maxxturn 65 tại Viện CN cơ khí và tự động hóa, trường Đại học Bách khoa, ĐHĐN. 2 Phạm vi: - Máy tiện CNC 2 trục chính Maxxturn 65. - Phần mềm điều khiển Shopturn. - Gia công thực nghiệm một số chi tiết có biên dạng phức tạp. 4. Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm Lý thuyết - Nghiên cứu công nghệ gia công trên máy tiện CNC 2 trục chính máy Maxxturn 65. Thực nghiệm - Thực hiện thiết kế, lập trình gia công một số chi tiết bề mặt phức tạp trên máy CNC 2 trục chính. 5. Nội dung nghiên cứu Ngoài phần mở đầu, đề tài bao gồm các chương: Chương 1. Tổng quan về gia công cắt gọt các bề mặt phức tạp Chương 2. Máy tiện cnc 2 trục chính Maxxturn 65 Chương 3. Gia công thực nghiệm một số chi tiết bằng phần mềm điều khiển shopturn Chương 4. Kết luận 3 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP 1.1. TỔNG QUAN CÁC DẠNG BỀ MẶT TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT 1.1.1. Các dạng bề mặt gia công Bề mặt hình học của chi tiết máy rất đa dạng . Để có các bề mặt cần thiết, người ta thường nghiên cứu các dạng bề mặt gia công trên máy cắt kim loại, tức là chuyển động của các cơ cấu chấp hành của máy tạo ra bề mặt đó, Các dạng bề mặt thường gặp là: a, Dạng bề mặt có đường chuẩn là đường tròn Thể hiện bề mặt được hình thành do đường sinh quay xung quanh đường chuẩn là đường tròn với đặc trưng cơ bản là có trục chuẩn đối xứng hoặc tâm đối xứng. - Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh thẳng: Hình 1.1. Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh thẳng. - Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh gãy khúc: Hình 1.2. Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh gãy khúc. 4 - Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh cong: Hình 1.3. Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh cong. b) Dạng bề mặt có đường chuẩn là đường thẳng Thể hiện bề mặt được hình thành do đường sinh quét dọc theo đường chuẩn là đường thẳng. - Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh thẳng: Hình 1.4. Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh thẳng. - Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh gãy khúc: Hình 1.5. Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh gãy khúc. 5 - Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh cong: Hình 1.6. Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh cong. c, Dạng bề mặt phức tạp Dạng bề mặt phức tạp là các dạng bề mặt cần gia công khác với các dạng bề mặt ở trên. Các dạng bề mặt này có cách tạo hình phức tạp hơn nhiều so với các dạng bề mặt có đường chuẩn là đường thằng hay đường tròn. Các dạng bề mặt này có thể thường gặp như các dạng bề mặt trụ hay côn không tròn xoay, các dạng cam, dạng thân khai, dạng cánh turbin, dạng tấm cong, dạng lòng khuôn… a, Bề mặt trụ chuyển tiếp b, Dạng tấm cong c, Dạng cánh Hình 1.7. Dạng bề mặt phức tạp 6 Ngoài ra, các chi tiết có các bề mặt tuy đơn giản nhưng lại có các yêu cầu về vị trí tương quan giữa các bề mặt rất cao như độ đồng tâm giữa các bề mặt trụ của trục khuỷu, các bề mặt rãnh dạng cong trên bề mặt trụ… cũng có thể được xem là bề mặt phức tạp. Hình 1.8. Dạng bề mặt trụ trục khuỷu 1.1.2. Cơ sở tạo hình bề mặt gia công a) Động học gia công cắt gọt - Tạo hình và tạo hình bề mặt cho chi tiết máy. Tạo hình là quá trình hình thành bề mặt thực của những cặp đối tượng có mối quan hệ động học ràng buộc hay tự do và dựa trên dữ liệu đầu vào của đối tượng này sẽ tìm ra dữ liệu của đối tượng kia. Thông thường trong quá trình gia công mối quan hệ động học của cặp đối tượng là tự do. Ví dụ: tiện mặt trụ tròn xoay đường sinh thẳng, phay mặt phẳng. Tạo hình bằng bao hình mối quan hệ động học của cặp đối tượng là ràng buộc. Ví dụ: phay lăn răng, xọc bao hình bánh răng. Đặc trưng của quá trình tạo hình là hình thành bề mặt khởi thủy bằng mối quan hệ đôi động học dụng cụ và chi tiết gia công. Các phương pháp gia công tạo hình bề mặt cho chi tiết gồm có: cắt gọt, rèn, dập, cán, ép. . . - Động học gia công Động học gia công nghiên cứu chuyển động của dụng cụ và chi tiết trong quá trình cắt gọt, chèn ép gây biến dạng để tạo nên hình dạng, kích 7 thước của chi tiết máy. Trong quá trình nghiên cứu, tìm kiếm, xây dựng các sơ đồ động học gia công thích hợp nhất cho mỗi chi tiết máy ứng với các dạng gia công khác nhau để đạt năng suất gia công và độ chính xác gia công mong muốn. Sơ đồ động học gia công là biễu diễn các chuyển động tuyệt đối mà các cơ cấu máy truyền cho dụng cụ và chi tiết gia công trong quá trình gia công. - Sơ đồ động học gia công cơ bản Trong quá trình gia công kim loại, lưỡi cắt và dụng cụ chuyển động theo những quỹ đạo khác nhau so với bề mặt của chi tiết. Quỹ đạo này xác định mối quan hệ động học tương hỗ giữa dụng cụ và chi tiết. Sơ đồ động học gia công cơ bản được thiết lập trên cơ sở tổ hợp các chuyển động cơ bản là chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay. Độ phức tạp của sơ đồ động học gia công phụ thuộc vào tổng số các chuyển động thành phần và đặc trưng tổ hợp. Ta có thể chia sơ đồ động học gia công thành các nhóm:  Một chuyển động thẳng.  Một chuyển động quay.  Hai chuyển động thẳng.  Hai chuyển động quay.  Một chuyển động thẳng, một chuyển động quay.  Hai chuyển động thẳng một chuyển động quay.  Hai chuyển động quay, một chuyển động thẳng.  Ba chuyển động quay. Động học gia công cơ bản là nhưng sơ đồ khởi thủy thiết lập mối quan hệ xác định quỹ đạo chuyển động các điểm lưỡi cắt của dụng cụ. Nó được sử dụng để tính toán chính xác thiết diện lớp cắt, lực cắt. - Động học tạo hình bề mặt 8 Động học tạo hình bề mặt nghiên cứu chuyển động tương đối giữa dụng cụ và chi tiết máy để tạo nên hình dạng bề mặt chi tiết máy. Trong quá tình nghiên cứu, tìm cách phối hợp 2 chuyển động cơ bản là chuyển động thẳng đều và chuyển động quay đều để tạo nên hình dạng bề mặt cần thiết cho chi tiết máy, bằng các sơ đồ động học tạo hình bề mặt. b) Sơ đồ động học tạo hình Sơ đồ động học tạo hình là tập hợp tất cả các chuyển động của bề mặt định trước đối với vật thể đối tượng cần tạo hình mà các chuyển động đó cần để xác định bề mặt khởi thủy của vật thể đối tượng tạo hình gọi là sơ đồ động học tạo hình. Ví dụ: tập hợp tất cả các chuyển động tương đối của bề mặt dụng cụ đối với chi tiết gọi là sơ đồ động học tạo hình khi cắt. Sơ đồ động học tạo hình dùng để xác định hình dạng bề mặt khởi thủy của chi tiết hay dụng cụ khi đã biết hình dạng của dụng cụ hay chi tiết. Các sơ đồ động học tạo hình bề mặt chủ yếu là tổng hợp của 2 chuyển động đều là tịnh tiến thẳng và quay, tổ hợp 3 chuyển động trở lên chưa được dùng. Xét một số trường hợp cụ thể:  Tổng hợp hai chuyển động tịnh tiến, chuyển động tức thời là chuyển động tịnh tiến.  Tổng hợp hai chuyển động quay, chuyển động tức thời là chuyển động quay hay xoắn vít. Hai chuyển động quay có trục song song, cắt nhau hoặc chéo nhau.  Tổng hợp chuyển động quay và tịnh tiến, chuyển động tổng hợp tức thời là chuyển động quay hoặc xoắn vít. Chuyển động quay và tịnh tiến có thể vuông góc trục quay, làm với trục quay một góc khác 90o. Các sơ động học tạo hình có thể chia làm 04 bậc:  Nhóm bậc 0: là các sơ đồ động học tạo hình, khi bề mặt tạo hình của vật thể trùng với bề mặt nguyên gốc đầu vào. Ví dụ khi chuốt rãnh, đột 9 lỗ. Trong trường hợp này chuyển động tương đối là chuyển động tự trượt, để xác định bề mặt khởi thủy không cần quan tâm đến chuyển động này.  Nhóm bậc 1: là sơ đồ động học có đặc trưng, cặp bề mặt của phần tự quay và phần đứng yên trùng nhau và tạo thành đường thẳng. Ví dụ: tiện rãnh bằng dao tiện định hình, phay răng bằng dao phay định hình, phay thanh răng bằng dao phay môđun.  Nhóm bậc 2: là sơ đồ động học tạo hình có đặc trưng, chuyển tương hỗ của cặp bao hình là chuyển động quay tức thời. Ví dụ: gia công bao hình bánh răng bằng dao xọc mô đun.  Nhóm bậc 3: là nhóm chứa các sơ đồ động học tạo hình, chuyển động tương hổ là chuyển động xoắn vít tức thời. Tổng hợp của hai chuyển động quay, hai trục chéo nhau. Ví dụ: phay bao hình bánh răng bằng dao phay lăn răng. Biểu diễn mạch tạo hình như sau: Đầu vào Bề mặt 1 (Mặt định trước) Liên kết động học Điều kiện tạo hình Điều chỉnh liên kết Điều chỉnh hình học bề mặt 1 Hình 1.9. Mạch tạo hình Đầu ra Bề mặt 2 (Mặt tạo hình) 10 1.2. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM TRONG GIA CÔNG CÁC DẠNG BỀ MẶT PHỨC TẠP Với công nghệ gia công truyền thống, việc gia công các bề mặt phức tạp sẽ cần phải dùng thêm các trang bị công nghệ phức tạp như các chi tiết mẫu, đồ gá hoặc các máy chuyên dùng. Điều này dẫn đến việc gia công không đạt năng suất, hiệu quả kinh tế và tính linh hoạt thấp. Sự ra đời của máy CNC và công nghệ CAD/CAM đã giúp cho việc gia công các bề mặt phức tạp trở nên thuận lợi hơn, hiệu quả hơn. Do vậy, có thể nhận định rằng, hiện nay công nghệ CAD/CAM/CNC đã gần như thay thế hoàn toàn công nghệ gia công truyền thống trong việc gia công các dạng bề mặt phức tạp. 1.2.1. Các khái niệm về phương pháp xây dựng bề mặt cho CAD/ CAM Các bề mặt sản phẩm, sản xuất trong công nghiệp khá đa dạng và phức tạp, vì vậy để thiết kế và chế tạo thuận lợi người ta đẫ sử dụng máy tính trợ giúp trong quá trình này. Lĩnh vực thiết kế và mô tả bề mặt gia công trên máy tính được gọi là CAMM - Computer Aided Modeling Machining, nó đóng vai trò quan trọng trong hệ CAD/CAM/CNC. Để mô tả, xây dựng các đường cong và bề mặt trên máy tính sử dụng mô hình toán học ta cần có những điều cơ bản. a, Các cách biểu diễn đường cong Đường cong là quỹ tích của điểm chuyển động theo quy luật nào đó. Vết để lại của điểm chuyển động hình thành đương cong hình học. Trong toán học biễu diễn đường cong bằng các phương trình toán học, có 3 cách biễu diễn một đường cong: Đường cong ẩn. Đường cong tường minh.