Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục

MỤC LỤC  
i
DANH MỤC HÌNH ẢNH  
Chương 1  
Chương 2  
Chương 3  
iv  
Chương 4  
v
LỜI CẢM ƠN  
Trong thời gian học tập, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy  
cô giáo đã giảng dạy, hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành tốt chương trình học cao học và hoàn  
thiện được luận văn này.  
Trước hết tôi xin được chân thành cảm ơn với các thầy cô giáo giảng viên trường Đại  
học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ,  
chỉ bảo tận tình, giúp tôi có được nhiều kiến thức mới và bổ ích, nâng cao trình độ, năng lực  
chuyên môn để đáp ứng vào công việc hiện tại.  
Tôi xin cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Bùi Ngọc Tuyên, Giảng viên Trường  
Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã định hướng đề tài, hướng dẫn tận tình tôi trong việc tiếp cận  
và khai thác tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm luận văn.  
Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Sư phạm Kỹ  
thuật Nam Định, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình học  
tập và làm luận văn.  
Do kinh nghiệm của bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi  
thiếu xót. Tôi rất mong nhận được ý kến nhận xét, góp ý của quý thầy cô và các bạn.  
Tôi xin chân thành cảm ơn!  
Tác giả  
Trần Thị Yên  
i
 
LỜI CAM ĐOAN  
Tôi xin cam đoan rằng, Luận văn thạc sỹ: ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng của chế  
độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay  
CNC 3 trục’’ là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, không sao chép của bất kỳ ai.  
Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của mình!  
Nam Định, ngày 4 tháng 8 năm 2021  
Người cam đoan  
Trần Thị Yên  
ii  
 
DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT  
STT  
Chữ viết tắt  
Nội dung  
Computer Numerical Control=Điều khiển số bằng  
1
CNC  
máy tính  
2
3
4
5
V
s
Tốc độ cắt  
Lượng chạy dao  
Chiều sâu cắt  
Độ nhám bề mặt  
t
Ra  
6
CPU  
Bộ xử lý Trung tâm  
Máy tính cá nhân dùng để lập trình chương trình  
7
8
PC  
gia công  
ΔD  
Độ sai lệch kích thước  
iii  
 
MỞ ĐẦU  
1. Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài  
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, với sự  
phát triển trong lĩnh vực điều khiển số và tin học ứng dụng. Máy điều khiển số CNC  
có vai trò quan trọng trong quá trình tự động hóa quá trình sản xuất cơ khí, máy điều  
khiển số CNC cho phép giảm khối lượng gia công, nâng cao độ chính xác gia công,  
hiệu quả kinh tế và đồng thời cũng rút ngắn được chu kỳ sản xuất.  
Cùng với sự phát triển của Khoa học – Công nghệ giá thành các máy điều khiển  
số CNC ngày càng giảm, tạo điều kiện cho các doanh nghiệp, xưởng sản xuất cơ khí  
có cơ hội đầu tư các máy công cụ điều khiển theo chương trình số, ngay cả các doanh  
nghiệp loại vừa và nhỏ cũng đều có thể tự trang bị được.  
Bề mặt tự do với các thuộc tính hình học cơ bản (tiếp tuyến, độ cong…) thay đổi  
tại các điểm khác nhau trên bề mặt và thường được biểu diễn bởi tập các điểm điều khiển  
và được mô hình hóa toán học dưới dạng các phương trình tổ hợp… Nên tạo hình các bề  
mặt tự do là khá phức tạp và thường phải thực hiện trên các máy điều khiển số CNC  
nhiều trục. Bề mặt tự do được ứng dụng nhiều trong việc mô hình hóa các bề mặt chức  
năng, khí động học (cánh quạt, cánh tua bin, vỏ máy bay…).  
Với hướng đề tài tìm hiểu về chất lượng tạo hình bề mặt và tối ưu thời gian gia công  
khi sử dụng bằng máy điều khiển số CNC cùng sự tận tình chỉ bảo và định hướng của  
PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên, em chọn đề tài: ‘Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công  
đến độ chính xác hình hoc khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục’. Mục  
tiêu là Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công ( Tốc độ căt, tốc độ tiến dao và bước  
tiến ngang) khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC để đạt độ chính xác hình học  
là cao nhất  
2. Lịch sử nghiên cứu  
Việt Nam có xu hướng sử dụng máy CNC ngày càng nhiều, do yêu cầu cấp thiết  
của thực tế sản xuất, nên những đề tài nghiên cứu ứng dụng nhằm khai thác hiệu quả  
máy CNC là khá lớn trong các đề tài nghiên cứu khoa học, luận án tiến sỹ, luận văn thạc  
sỹ có thể kể đến: Nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt của tác  
giả Chang-Xue(Jack)Feng, Luận án tiến sỹ kỹ thuật “Mô hình hóa quá trình cắt khi phay  
trên máy CNC” của tác giả Hoàng Việt Hồng”...  
iv  
     
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.  
3.1. Mục đích nghiên cứu.  
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi gia công hợp kim  
nhôm trên máy phay CNC.  
- Ứng dụng trong giảng dạy học phần thực hành CNC trên Trung tâm gia công đứng  
CNC TC500R  
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy, học tập và sản xuất.  
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công  
đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC TC500R  
thực hiện với vật liệu hợp kim nhôm A6061[8]  
- Nghiên cứu tổng quan các tài liệu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.  
4. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả  
Nội dung nghiên cứu gồm:  
- Tổng quan về độ nhám và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám  
+ Chất lượng bề mặt chi tiết – nhám bề mặt  
+ Các phương pháp mô tả nhám  
+ Mối liên hệ giữa độ nhám và độ chính xác kích thước  
+ Ảnh hưởng của độ nhám tới khả năng làm việc của chi tiết máy  
+ Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám khi gia công:  
- Phương pháp nghiên cứu và điều kiện thí nghiệm  
+ Giới thiệu máy và phương pháp lập trình gia công trên máy phay CNC TC500R  
+ Chọn vật liệu thí nghiệm (hợp kim nhôm A6061[8])  
+ Chọn dụng cụ cắt  
+ Chọn thiết bị đo độ nhám  
- Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết  
khi phay hợp kim nhôm A6061[8] trên Trung tâm gia công CNC TC500R  
+ Tiến hành thí nghiêm (dùng phương pháp thực nghiệm): thay đổi (s); (v); (t)  
+ Kiểm tra độ nhám  
+ Xử lý số liệu  
+ Vẽ đồ thị phụ thuộc từ đó có nhận xét, đánh giá, kết luận  
- Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo  
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho cơ sở lý  
thuyết về nghiên cứu máy CNC và lập trình gia công trên máy, ứng dụng vào giảng dạy,  
học tập và sản xuất một cách có hiệu quả.  
v
   
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài nhằm phục vụ cho việc khai thác  
và sử dụng mays phay CNC TC500R đạt hiệu quả cao nhất, đồng thời phục vụ NCKH,  
sản xuất, giảng dậy và học tập  
5. Phương pháp nghiên cứu.  
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực  
nghiệm:  
Phân tích tổng quan về độ nhám và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám  
Xây dựng mô hình thực nghiệm khi phay trên Trung tâm gia công đứng CNC  
TC500R  
Thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm.  
Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm.  
vi  
 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHAY CNC  
VÀ HÌNH HỌC BỀ MẶT  
I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHAY CNC  
1.1. Khái niệm, đặc điểm của công nghệ gia công phay  
1.1.1. Khái niệm  
Phay là phương pháp gia công cắt gọt kim loại có phoi, dưới tác dụng của nhiều  
lưỡi cắt nhằm tạo ra chi tiết có hình dáng và kích thước theo yêu cầu.  
Gia công phay được thực hiện trên máy phay đứng, máy phay ngang vạn năng,  
máy phay giường, máy phay nhiều trục và máy phay chuyên dùng.  
1.1.2. Đặc điểm  
- Gia công phay cho năng suất, độ chính xác cao, thao tác vận hành đơn giản  
- Có thể gia công được các dạng bề mặt phẳng, nghiêng, ….  
- Với các máy phay CNC thì khả năng tạo hình ngày càng được mở rộng, do đó  
sản phẩm của nghề phay ngày càng đa dạng, phong phú.  
1.1.3. Cấu tạo chung của máy phay CNC  
Hình 1.1. Các bộ phận chính của máy phay CNC  
1
       
1. Bệ máy  
2. Thân máy  
3. Bàn máy  
4. Cụm trục chính  
5. Động cơ truyền động chạy dao (điều khiển hành trình chạy dao)  
6. Hệ thống đo (Senser)  
7. Động cơ truyền động chính  
8. Vít me (đai ốc bi)  
9. Bảng điều khiển: Chứa các phím chức năng đùng để lập trình và điều khiển  
máy  
10. Màn hình hiển thị: Hiển thị các thông tin về vị trí, chế độ cắt, giao diện giữa  
các chức năng của máy và người vận hành  
1.2. Các loại đồ gá thông dụng trên máy phay.  
Hình 1 2. Các loại đồ gá máy phay CNC  
2
 
1.3. Các loại dao phay thông dụng trên máy phay  
Hình 1.3. Các loại dao phay thông dụng  
3
 
1.4. Các thông số chế độ cắt khi phay  
Hình 1.4. Các thông số chế độ cắt khi phay  
a. Chiều sâu cắt t (mm) : là khoảng cắt giữa các bề mặt đang và đã gia công  
theo chiều vuông góc với mặt đã gia công.  
b. Lượng dao chạy s (mm): là khoảng cách dịch chuyển của dao trên vòng  
quay của phôi (hành trình làm việc) hoặc khoảng dịch chuyển của phôi sau một  
vòng của dao (hành trình làm việc). Thường có lượng chạy dao dọc, ngang, nằm  
ngang, thẳng đứng nghiêng hoặc là lượng chạy dao tròn.  
c. Chiều rộng của phôi b (mm): là khoảng cách giữa các bề mặt đang và đã  
gia công đo theo mặt cắt.  
d.Chiều dày phôi a (mm): là khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của mặt cắt  
sau một vòng quay của phôi hay sau 1 lần chạy dao, đo theo phương vuông góc với  
chiều rộng phôi.  
đ. Diện tích phôi f (mm2): là chiều sâu cắt t với lượng chạy dao s hoặc chiều  
rộng phôi b với chiều dày a (f=ts=ba).  
e.Tốc độ cắt V (m/p): là đoạn đường dịch chuyển của lưỡi cắt đối với mặt  
đang gia công trong 1 đơn vị thời gian. Tốc 1 đơn vị thời gian. Tốc độ cắt khi mài  
đánh bóng và các nguyên công tương tự tính ra m/s  
4
 
II. TỔNG QUAN VỀ HÌNH HỌC BỀ MẶT  
1.1 Hình học bề mặt.  
Chất lượng của lớp kim loại bề mặt được tạo thành bởi tính chất của kim loại  
và phương pháp gia công cơ. Trong quá trình gia công dưới lưỡi cắt dụng cụ, trên bề  
mặt kim loại tạo thành những vết lồi, lõm và cấu trúc của lớp bề mặt cũng thay đổi.  
Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng phụ thuộc vào phương pháp gia công  
và chế độ cắt. khi tăng lượng chạy dao và chiều sâu cắt, chiều sâu biến cứng tăng lên  
và ngược lại.  
Các sai số của bề mặt gia công được phân biệt theo dấu hiệu hình học như sau:  
+ Sai số hình dáng (độ ô van, độ tang trống, độ đa cạnh …)  
+ Độ sóng bề mặt.  
Biểu diễn hình học bề mặt.  
Các bề mặt có thể mô tả toán học trong không gian 3D bằng phương trình không  
tham số hoặc các phương trình tham số.  
Biểu diễn không tham số (non-parametric).  
Có hai dạng chính:  
-
Với một tập điểm dữ liệu đã cho, phương trình của bề mặt phải thỏa mãn  
yêu cầu bề mặt đi qua mọi điểm dữ liệu này.  
-
Tập điểm dữ liệu này được dùng để xây dựng một chuỗi các mảnh bề  
mặt(patches) được kết nối với nhau có tính liên tục, ít nhất là liên tục vị trí (C0) và  
đạo hàmbậc nhất (C’).  
Trong cả hai dạng trên, phương trình của bề mặt hay mảnh bề mặt đều cho dưới  
dạng:  
5
   
P = [x y z]T = [x y f(x, y)]T (1.1)  
Hình 1.5. Điểm P trên mảnh bề mặt.  
Ở đây P là véctơ vị trí của 1 điểm trên bề mặt. Dạng tự nhiên của hàm f(x, y)  
cho bề mặt đi qua tất cả các điểm dữ liệu là dạng đa thức:  
(
) ∑푚  
∑
푛 푎푖푗 푥푖푦푗 (1.2)  
푖=0 푗  
푧 = 푓 푥, 푦  
Bề mặt tạo ra được mô tả bằng một lưới X, Y (m + 1) × (n + 1) điểm.  
Biểu diễn tham số.  
Trong hàm P(u, v) với hai biến là hai tham số u, v có phạm vi biến thiên trong  
một vùng mặt phẳng uv nào đó.  
푇
푇
(
)
(
) (  
) (  
)
푃 푢, 푣 = [푥 푦 푧] = [푥 푢, 푣 푦 푢, 푣 푧 푢, 푣 ]  
(1.3)  
푢푚푖푛 ≤ 푢 ≤ 푢푚푎푥 ; 푣푚푖푛 ≤ 푣 ≤ 푣푚푎푥 (thông thường: 0 ≤ v, u ≤ 1).  
Một bề mặt có thể chia thành nhiều mảnh (topo logical patches) lắp ghép với  
nhau. Topology của một mảnh có thể là chữ nhật, hay tam giác.  
Mỗi mảnh bề mặt dạng chữ nhật được xác định bởi một tập hợp các điều kiện  
biên gồm: 16 véctơ và 4 đường cong biên. 16 véctơ là: 4 véctơ ở vị trí 4 góc P(0, 0);  
P(1, 0); P(1, 1) và P(0, 1); 8 véctơ tiếp tuyến ở 4 góc (mỗi góc có 2 véctơ tiếp tuyến  
ứng với 2 đường cong biên u, v qua điểm góc), 4 véctơ xoắn tại 4 điểm góc 4 đường  
cong biên là u = 0, u = 1, v = 0, v = 1 (hình 1.5).  
Các đặc trưng hình học cơ bản của bề mặt  
Bề mặt hình học được mô tả bởi các đặc trưng hình học của nó. Phân tích hình  
học bề mặt là tìm hiểu những đặc trưng này. Đây là một nhiệm vụ quan trọng nhằm  
6
sử dụng bề mặt cho các mục đích, các ứng dụng cụ thể khác nhau. Chẳng hạn như xác  
định véctơ tiếp tuyến bề mặt dùng để dẫn dụng cụ cắt dọc theo bề mặt gia công. Biết  
véctơ pháp tuyến của bề mặt sẽ cho ta hướng thích hợp của dụng cụ cắt tiếp cận và  
lui ra khỏi bề mặt gia công,…  
Sau đây là một số đặc trưng hình học cơ bản của bề mặt.  
Hình 1.6. Một mảnh bề mặt tham số với các điều kiện biên  
Véctơ tiếp tuyến tại 1 điểm P(u, v) trên bề mặt nhận được bằng cách giữ  
một tham số không đổi và lấy đạo hàm theo tham số kia.  
휕푥 휕푦 휕푧  
푖
푃
푢
휕푢 휕푢 휕푢  
휕푥 휕푦 휕푧  
[ ] = [  
] [푗] (2.4)  
푃
푣
푘
휕푣 휕푣 휕푣  
với 푢푚푖푛 ≤ 푢 ≤ 푢푚푎푥 ; 푣푚푖푛 ≤ 푣 ≤ 푣푚푎푥  
Trong đó: i, j, k lần lượt là các véctơ đơn vị trên các trục x, y, z  
Pu, Pv lần lượt là các véctơ tiếp tuyến dọc theo các đường cong u, v.  
7
 
Người ta cũng quan tâm đến véctơ tiếp tuyến theo 2 hướng chính của bề mặt  
(hướng chính của bề mặt là hướng đường cong giao tuyến của tiết diện pháp tuyến và  
bề mặt có giá trị độ cong lớn nhất hoặc bé nhất). Các véctơ này thường được ký hiệu  
là T1.P và T2.P. Các véctơ tiếp tuyến đơn vị theo các hướng chính được ký hiệu lần lượt  
là t1.P và t2.P.  
푇
푇
1.푃  
1.푃  
2.푃  
2.푃  
푡1.푃  
=
; 푡2.푃  
=
(1.4)  
|
|푇  
|
|푇  
Véctơ xoắn tại một điểm trên bề mặt dùng để đo độ xoắn của bề mặt tại  
điểm đó. Đó là tốc độ thay đôi của véctơ tiếp tuyến Pu đối với u hay của véctơ tiếp  
tuyến Pv đối với v hay chính là véctơ đạo hàm hỗn hợp.  
∆푃푣 휕푃푢  
휕2푃  
푃 = lim  
=
=
푢푣  
∆푣→0  
∆푣  
휕푣  
휕푢휕푣  
∆푃푣 휕푃푣  
휕2푃  
= lim  
=
=
∆푢→0  
∆푢  
휕푢  
휕2푦  
휕푢휕푣 휕푢휕푣 휕푢휕푣  
푢푚푖푛 ≤ 푢 ≤ 푢푚푎푥 ; 푣푚푖푛 ≤ 푣 ≤ 푣푚푎푥  
휕푢휕푣  
휕2푥  
휕2푧  
= [  
]
(1.6)  
Véctơ xoắn phụ thuộc vào cả đặc trưng hình học và tham số hóa của nó. Do  
vậy Puv ≠ 0 không có nghĩa nhất thiết phải tạo ra sự xoắn, ví dụ như mặt phẳng không  
phải là mặt xoắn.  
Pháp tuyến của bề mặt dung để tính offset của dụng cụ cắt cho lập trình  
gia công NC 3D để gia công bề mặt, tính thể tích và tô bóng mô hình bề mặt. Pháp  
tuyến bề mặt tại 1 điểm là 1 véctơ vuông góc với cả 2 véctơ tiếp tuyến tại điểm khảo  
sát. Véctơ pháp tuyến tại 1 điểm bằng tích có hướng của 2 véctơ tiếp tuyến tại điểm  
đó:  
휕푃 휕푃  
(
)
푁 푢, 푣 =  
×
= 푃 × 푃 (1.7)  
푢 푣  
휕푢 휕푣  
Véctơ pháp tuyến đơn vị:  
8
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 106 trang myanh 23680 Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfluan_van_nghien_cuu_anh_huong_cua_che_do_gia_cong_den_do_chi.pdf