Xem mẫu
- Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------0O0----------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG BỀ MẶT
TRỤ KHI PHAY TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG
VMC – 85S
Học viên: Đỗ Thị Làn
Ngƣời HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe
Thái Nguyên 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
----------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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất
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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 1
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
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
33
trụ trên trung tâm gia công VMC - 85S
3.1. Mô hình nghiên cứu 33
3.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 34
3.2.1. Trung tâm gia công VMC – 85S
3.2.2. Máy đo tọa độ 3 chiều CMM – C544
3.2.3. Phần mềm thiết kế CAD/CAM
3.3. Phần mềm Mastercam 41
3.3.1.Giao diện
3.3.2. Các dạng gia công cơ bản trên module phay
3.3.3. Quá trình phay
3.4. Chế độ gia công 45
3.4.1. Các dạng toolpath
3.4.2. Chọn dao và chế độ cắt (V, Sz, T)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 2
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
3.5. Thực nghiệm gia công trên trung tâm VMC – 85S 50
3.5.1. Thiết kế CAD/CAM
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
3.6. Đo sai số gia công trên máy CMM – C544 68
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
Chƣơng V: Kết luận 82
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 3
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Máy đo tọa độ 3 chiều
CMM Coordinate Measuring Machine
Trung tâm gia công đứng
VMC Vertical Machining Center
Hệ tọa độ
Co-or.Sys Coordinate System
Thiết kế với sự trợ giúp của
CAD Computer Aided Design
máy tính
Sản xuất với sự trợ giúp của
CAM Computer Aided Manufacturing
máy tính
Điều khiển số bằng máy tính
CNC Computer Numerical Control
Ba chiều
3D 3 Dimention
Hậu xử lý
PP Post Processor
Đường chạy dao
CL Cutting Location
Phần mềm
SW Software
I/O Input/Output Vào/ Ra
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
Bộ điều khiển PLC
PLC Programmable Logic Controller
Lập kế hoạch có trợ giúp của
CAP Computer Aided Planning
máy tính
Điều khiển số trực tiếp
DNC Direct Numerical Control
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 4
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Độ chính xác gia công
Hình 1.1 8
Sai số tổng hợp của máy công cụ
Hình 1.2 9
Sơ đồ thực nghiêm
Hình 1.3 10
Hệ thống bù sai số của máy công cụ
Hình 1.4 11
Gia công bán tinh bằng dao phay đầu cầu
Hình 1.5 12
Sai lệch trong gia công bề mặt bất kỳ
Hình 1.6 12
Hai kiểu toolpath khi phay hốc lõm
Hình 1.7 13
Cắt lẹm trên các bề mặt hình dáng phức tạp
Hình 1.8 13
Mô phỏng 3D
Hình 1.9 14
Ứng dụng kỹ thuật ngược trong thiết kế sản phẩm
Hình 1.10 15
Sơ đồ thuật toán cắt lớp thích nghi
Hình 1.11 16
Sơ đồ ăn dao
Hình 1.12 20
Sơ đồ nghiên cứu
Hình 1.13 21
Cấu tạo máy CMM – C544
Hình 3.1 36
Các loại đầu đo cho máy CMM
Hình 3.2 36
Sơ đồ chạy dao hướng kính
Hình 3.3 45
Sơ đồ chạy dao tiếp tuyến
Hình 3.4 46
Sơ đồ chạy dao kiểu tiếp tuyến chung của hai vòng tròn
Hình 3.5 46
Thay đổi chiều dày cắt ở phương án chạy dao tiếp tuyến
Hình 3.6 47
Thay đổi chiều dày cắt ở phương án chạy dao kiểu tiếp
Hình 3.7 48
tuyến chung của hai vòng tròn
Kích thước của dao
Hình 3.8 49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 5
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
Biên dạng gia công thực nghiêm
Hình 3.9 50
Giao diện màn hình MasterCAM Mill
Hình 3.10 52
Vẽ biên dạng gia công
Hình 3.11 53
Chọn dao và các chế độ công nghệ trong hộp thoại tool
Hình 3.12 54
parameter
Chọn chiều sâu cắt, chế độ bù dao trong hộp thoại Contour
Hình 3.13 55
parameter
Hộp thoại Lead in/out
Hình 3.14 56
Hiển thị đường chạy dao
Hình 3.15 57
Khai báo phôi, vật liệu, hệ điều khiển
Hình 3.16 58
Mô phỏng quá trình gia công
Hình 3.17 59
Hình 3.18 Quá trình gia công tinh 60
Xuất chương trình NC
Hình 3.19 61
File chương trình NC
Hình 3.20 62
Giao diện DNC
Hình 3.21 64
Các tham số DNC
Hình 3.22 65
Truyền và nhận chương trình
Hình 3.23 65
Giao diện phần mềm Mcosmos
Hình 3.24 68
Chương trình GEOPAK
Hình 3.25 69
Hiệu chuẩn đầu đo
Hình 3.26 70
Chọn hệ tọa độ
Hình 3.27 71
Chọn mặt phẳng chuẩn 72
Hình 3.28
Chọn gốc tọa độ
Hình 3.29 72
Chọn chế độ chạy tự động
Hình 3.30 73
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 6
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
Chọn chế độ tự động
Hình 3.31 74
Hộp thoại ScanningCNC
Hình 3.32 74
Biên dạng đo
Hình 3.33 75
76
Hình ảnh 3.34 Chi tiết sau gia công
Hình ảnh 3.35 Thao tác đo trên máy CMM – C544 76
Đồ thị ảnh hưởng của bán kính đường vào dao tới sai số
Hình 3.36. 80
kích thước gia công
Đồ thị ảnh hưởng của bán kính đường vào dao tới sai số
Hình 3.37. 80
hình dáng hình học (độ không tròn)
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Chế độ gia công 67
Bảng 3.2 Kết quả đo mẫu thực 77
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 7
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
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 Panduran gan, Robert Landers
and S.N. Blakrishnan.
1.2.2. Ở trong nƣớc
Tài liệu [6] về nâng cao độ chính xác gia công bằng ph ương pháp bù sai số đã
giải quyết: Các máy phay CNC với độ chính xác cao được sử dụng trong nhiều quá
trình gia công vì yêu cầu về độ chính xác của các sản phẩm ngày càng tăng. Ảnh
hưởng quan trọng nhất tới độ chính xác gia công là độ chính xác của máy công cụ.
Các sai số vị trí xuất hiện do lực cắt, tải trọng động vv… Tài liệu [6] đã nghiên cứu
xây dựng chương trình bù sai số gia công trên trung tâm gia công nhằm nâng cao độ
chính xác gia công các chi tiết hình dáng hình học phức tạp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 8
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
Theo tài liệu [6] thì có các nguyên nhân sau gây ra sai số gia công
Độ chính xác gia công
Độ chính xác chi tiết Độ chính xác cụm chi tiết
Sai lệch vị trí Sai số
Sai lệch kích
tương quan tổng hợp
thước
Sai số Sai số Sai số Độ Độ Sai số Sai số
Tính
vị trí chất cơ, hệ ngẫu
kích hình nhám
sóng
tương lý lớp
thước bề mặt thống
dáng nhiên
bề mặt
hình
quan
học
Hình 1.1. Độ chính xác gia công
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 9
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
Độ chính xác của
máy công cụ
Sai số hệ thống Sai số ngẫu nhiên
Các tác động của nhiệt
Nguồn trong Nguồn ngoài
Độ Tải
Thông Rung
Khe hở Độ Phân tán
Vị trí
số hình động
cứng trọng
học
vững Độ chính xác vị trí
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:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 10
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
ThiÕt kÕ
CAD/CAM
XuÊt d÷ liÖu
ThiÕt kÕ l¹i
Partprogram
Ch¦¬ng tr×nh
Bï sai sè
§o biªn d¹ng trªn m¸y
CMM C544
TÝnh to¸n sai sè
Biªn d¹ng thùc
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:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 11
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
Begin
Do
Bï sai sè
Bï sai sè b»ng lËp tr×nh Bï sai sè b»ng ch¦¬ng
tr×nh NC
trong bé ®iÒu khiÓn
Nhóng ch¦¬ng Sö dông Post §iÒu chØnh
Thay ®æi tham
Processor
tr×nh bï sai sè ch¦¬ng tr×nh
sè ®iÒu khiÓn
C¾t thö
KiÓm tra
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:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 12
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
Lượng dư sau
Lượng dư gia
gia công thô
công tinh
Hình 1.5. Gia công bán tinh bằng dao phay đầu cầu
Hình 1.6. Sai lệch trong gia công bề mặt bất kỳ
Đường biên
Đường biên phôi
Mặt cắt chi tiết
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chi tiết
- 13
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
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:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 14
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
Hệ điều hành (DOS, UNIX …)
Output
Proceser Màn hình
hiển thị
Bộ biên Cơ sở DL CAD Bộ thông
dịch dịch lệnh
(trong RAM)
Input (bàn phím,
Các file chuột…)
kết nối từ Bộ nhớ ngoài (ổ
phần cứng, ổ mềm…)
mềm
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:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 15
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
MÉu ®o
§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
T¹o dùng l¹i h×nh d¸ng
vËt thÓ
Sö dông c¸c phÇn mÒm
CAD thÝch hîp
T¹o m« h×nh vËt thÓ
(M« h×nh CAD)
ChØnh söa
Qua c¸c b¦íc gia c«ng
trªn m¸y CNC
S¶n phÈm míi
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:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 16
Trường đại học KT – CN Thái Nguyên Lớp Cao học K10 – CNCTM
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
§¹t ®é s©u?
Ghi kÕt qu¶ ra TiÒn xö lý
file .SCP (APT)
Toolpath
End
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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nguon tai.lieu . vn