BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------
NGUYỄN TIẾN TIỆP
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM ĐỂ NGHIÊN CỨU
ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH HỌC TẠO HÌNH ĐẾN ĐỘ
CHÍNH XÁC GIA CÔNG BỀ MẶT KHÔNG GIAN TRÊN
MÁY PHAY CNC
LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TRẦN XUÂN THÁI
HÀ NỘI – 2010
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Xuân Thái, Giảng viên trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình hướng dẫn khoa học cho tôi trong suốt
quá trình làm luận văn thạc sĩ.
Tôi xin cảm ơn tập thể giảng viên Khoa Công nghệ - Trường Đại học Hải
Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ về máy móc, thiết bị và động viên tinh thần và đóng
góp ý kiến để tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Cơ khí, Viện Sau đại học – Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và hướng dẫn tôi các thủ tục cần thiết
1.2. Một số phần mềm CAD/CAM được ứng dụng trên Thế giới và Việt Nam ..... 13
1.3. Ứng dụng các phần mềm CAD/CAM trong thiết kế và mô phỏng quá trình
chế tạo chi tiết. ........................................................................................................ 20
1.3.1. Ứng dụng trong thiết kế .............................................................................20
1.3.2. Ứng dụng trong tính toán và mô phỏng quá trình gia công .......................20
1.4. Một số loại hình học dụng cụ cắt thường sử dụng trong gia công bề mặt 3D
có thể lựa chọn trên phần mềm CAD/CAM ........................................................... 26
Chương 2 TẠO HÌNH BỀ MẶT KHÔNG GIAN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
CAD/CAM/CNC ....................................................................................................... 29
2.1. Phân loại bề mặt không gian ............................................................................ 29
2.2. Các phương pháp tạo hình bề mặt không gian bằng gia công phay ................. 31
2.2.1. Phay định hình ...........................................................................................31
2.2.2. Phay bao hình .............................................................................................31
2.3. Xử lý các dữ liệu chương trình tạo hình trong máy CNC ................................ 35
1
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
Chương 3 ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH HỌC DỤNG CỤ VÀ ĐƯỜNG DỤNG
CỤ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG PHAY BỀ MẶT. ..................................... 40
3.1. Độ chính xác gia công bề mặt .......................................................................... 40
3.1.1. Dung sai gia công ......................................................................................41
3.1.2. Chiều cao nhấp nhô....................................................................................41
3.1.3. Độ nhám bề mặt và độ sóng bề mặt ...........................................................42
3.1.4. Sự hình thành bề mặt 3D khi gia công trên máy phay CNC .....................44
3.2. Ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến chất lượng tạo hình bề mặt trong gia
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ 116
3
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ, đề tài: “Ứng dụng phần mềm CAD/CAM
để nghiên cứu ảnh hưởng của hình học tạo hình đến độ chính xác gia công bề mặt
không gian trên máy phay CNC”, tên tiếng Anh: “Application of CAD/CAM
software to research the influence of tool-path and tool-shape to the precision of
surface milling on CNC machine” là công trình nghiên cứu của tôi, các kế quả
nghiên cứu và số liệu được trình bày trong luận văn là do tôi thực hiện, không sao
chép ở bất cứ tài liệu nào.
Học viên
Nguyễn Tiến Tiệp
4
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Sản phẩm được thiết kế bằng Solidwork .........................................15
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
Hình 3-2 Chiều cao nhấp nhô ...........................................................................41
Hình 3-3 Độ nhám bề mặt chi tiết ....................................................................42
Hình 3-4 Tổng quát về độ nhám và độ sóng bề mặt chi tiết máy.....................43
Hình 3-5. Sơ đồ tính dung sai gia công ............................................................45
Hình 3-6. Bề mặt thực tạo thành do ảnh hưởng của dung sai gia công ...........45
Hình 3-7. Cắt lẹm và không cắt ........................................................................46
Hình 3-8. Chiều cao nhấp nhô khi gia công bề mặt 3D ...................................47
Hình 3-9. Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao phay đầu
cầu ...................................................................................................48
Hình 3-10. Chiều cao nhấp nhô khi gia công bề mặt lồi bằng dao đầu cầu .....48
Hình 3-11. Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhô khi gia công bề mặt lồi bằng dao
đầu cầu ............................................................................................49
Hình 3-12. Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhô khi gia công bề mặt cong lõm
bằng dao phay đầu cầu ....................................................................50
Hình 3-13 Chiều cao nhấp nhô khi cắt bằng dao phay trụ đầu phẳng .............52
Hình 3-14. Gia công mặt cong bằng dao phay ngón đầu bằng ........................52
Hình 3-15 Nhấp nhô để lại với 2 loại dao ........................................................53
Hình 3-16 Lượng dư để lại khi gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng .......53
Hình 3-17 Điểm tạo hình tại các vùng bề mặt khác nhau ................................55
Hình 3-18 Bề mặt không gian ..........................................................................56
Hình 3-19 Quỹ đạo điểm tạo hình ....................................................................57
Hình 3-20 Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhô gia công bằng dao đầu cầu ............58
Hình 3-21 Sơ đồ gia công mặt cong lõm khi góc θ ≠0.....................................59
Hình 3-22 Tạo hình bằng dao phay ngón đầu cầu ............................................60
Hình 3-23 Gia công mặt cong lõm bằng dao phay đầu cầu .............................61
Hình 3-43 Gia công mặt cong với các phương án đường chạy dao khác nhau 75
Hình 3-44 Bề mặt dạng chỏm cầu ....................................................................75
Hình 3-45 Phương án chạy dao khi gia công mặt chỏm cầu ............................76
Hình 3-46 Chỏm cầu lõm được mô phỏng sau gia công ..................................76
Hình 3-47 Gia công bề mặt chỏm cầu với các phương án chạy dao khác
nhau .................................................................................................77
Hình 3-48 Gia công thành bên của hốc ............................................................77
Hình 3-49 Bề mặt côn ......................................................................................78
Hình 3-50 Gia công mặt nghiêng .....................................................................78
Hình 3-51 Phương án chạy dao khi gia công mặt nghiêng ..............................79
7
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
Hình 3-52 Mặt nghiêng sau khi gia công .........................................................79
Hình 3-53 Chạy dao theo kiểu hình tia.............................................................80
Hình 3-54 Gia công bề mặt cong lồi ................................................................81
Hình 3-55 Bề mặt chi tiết tạo thành có lựa chọn đường chạy dao cắt ngang
các đường chạy dao ở lần cắt trước ................................................81
Hình 3-56 Phương án chạy dao dạng mặt cong phức tạp.................................82
Hình 3-57 Mô phỏng kết quả gia công bề mặt cong phức tạp .........................82
Hình 3-58 Phương án chạy dao dạng mặt cong phức tạp.................................83
Hình 3-59 Kết quả mô phỏng gia công ............................................................83
Hình 3-60 Chạy dao theo đường xoắn ốc .........................................................84
Hình 3-61 Chạy dao theo dạng đường kẻ .........................................................84
Hình 3-62 Chạy dao sửa đúng biên dạng tại phần giao nhau ...........................85
Hình 4-19 Lõi khuôn chuột máy tính .............................................................101
Hình 4-20 Đường chạy dao khi gia công thô .................................................102
Hình 4-21 Bề mặt đạt được sau khi gia công thô (mô phỏng bằng phần mềm
CATIA) .........................................................................................103
Hình 4-22 Chi tiết sau khi gia công tinh ........................................................104
Hình 4-23 Khuôn con chuột sau gia công tinh ...............................................104
9
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay rất nhiều doanh nghiệp sản xuất tại Việt Nam đã đầu tư các máy móc
thiết bị mới, trong đó có các máy công cụ CNC (Cmputer Numerical Control). Để
khai thác hiệu quả máy công cụ CNC trong sản xuất cần thiết phải ứng dụng
CAD/CAM, có như vậy thì ngành cơ khí của nước ta mới tiếp cận và hội nhập với
trình độ hiện đại của các nước phát triển trên thế giới.
Trong việc ứng dụng các phần mềm CAD/CAM để thiết kế và gia công các
sản phẩm cơ khí, khi gia công năng suất và chất lượng bề mặt của sản phẩm phụ
thuộc rất nhiều vào hình học của dụng cụ cắt đã lựa chọn, phương án đường chạy
dao trong quá trình gia công. Vì vậy việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của hình học
dụng cụ cắt và phương án đường dụng cụ khi sử dụng phần mềm CAD/CAM để
đưa ra những giải pháp tối ưu đảm bảo chất lượng bề mặt sản phẩm và năng suất
của quá trình gia công là thực sự cần thiết.
2. Lịch sử nghiên cứu
Công nghệ CAD/CAM đã được phát triển từ rất lâu trên thế giới, tuy nhiên ở
- Nghiên cứu một số phần mềm CAD/CAM
- Nghiên cứu nguyên lý làm việc, nguyên lý điều khiển của máy phay CNC
- Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết máy
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến độ chính xác gia công bề
mặt không gian trên máy phay 3 trục
- Nghiên cứu ảnh hưởng của phương án đường dụng cụ đến độ chính xác gia
công bề mặt không gian trên máy phay 3 trục
- Thí nghiệm đánh giá kết quả
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng phần mềm CAD/CAM
Nghiên cứu sản phẩm thực tế qua các mô hình thí nghiệm.
11
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM
1.1. Tổng quan về công nghệ CAD/CAM
Kỹ thuật CAD/CAM đã được nghiên cứu, xây dựng và nâng cấp ngày càng
hoàn thiện hơn, sau đây là những mốc phát triển quan trọng nhất của kỹ thuật
CAD/CAM:
Năm 1979 khớp nối liên hoàn CAD/CAM đầu tiên đã được tạo lập
Năm 1984 hệ CNC với công cụ trợ giúp đồ họa (Graphic) tạo khả năng mô
CAM là hệ thống gia công (chế tạo, sản xuất) có sự trợ giúp của máy tính
(Manufacturing system aided by computers), viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh
Computer aided manufacturing.
Hệ thống CAD/CAM là hệ thống tích hợp giữa CAD và CAM, nghĩa là hệ
thống thiết kế và chế tạo tích hợp có sự trợ giúp của máy tính, phối hợp giữa thiết
kế bằng hệ CAD và chế tạo bằng hệ CAM.
Ngày nay giải pháp tích hợp của các hệ thống CAD/CAM (integration of
CAD/CAM system) đang được coi trọng trong nghiên cứu và ứng dụng. Một hệ
CAD/CAM có thể gồm những bộ phần mềm CAD và CAM tách biệt nhau hoặc tích
hợp.
1.2. Một số phần mềm CAD/CAM được ứng dụng trên Thế giới và Việt Nam
Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện rất nhiều phần mềm CAD/CAM của các
hãng khác nhau trên thế giới và các phần mềm này đã bắt đầu được ứng dụng rộng
rãi ở Việt Nam trong những năm gần đây. Số lượng các phần mềm CAD/CAM có
thể đến vài chục, trong đó có một số phần mềm được nhiều doanh nghiệp trong và
ngoài nước sử dụng cũng như được người sử dụng biết đến nhiều nhất như CATIA,
Pro/Engineer, Solidworks, Cimatron, UniGraphics, Mastercam, vv…
Mỗi người sử dụng CAD/CAM có thể có đánh giá riêng. Sau đây là một số
thông tin thu thập qua các tài liệu phân tích thị trường của nước ngoài. Với xu
hướng toàn cầu hoá và trình độ thông tin như hiện nay thì việc cập nhật các chức
năng và công nghệ tiên tiến khá dễ dàng. Điều đó thể hiện ở chỗ thời gian để các
hãng đưa ra một version mới được rút ngắn rất nhanh, một công nghệ mới ra đời tại
13
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
hãng này thì chỉ mấy tháng sau đã thấy xuất hiện ở sản phẩm của hãng khác. Vì vậy,
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
Hình 1-1. Sản phẩm được thiết kế bằng Solidwork
SolidWorks phần mềm thiết kế ba chiều được sử dụng rất rộng rãi trong các
lĩnh vực khác nhau như xây dựng, kiến trúc, cơ khí… được sử dụng các công nghệ
mới nhất về lĩnh vực đồ họa máy tính. Phần mềm SolidWorks do công ty
SolidWorks phát triển là một trong những phần mềm thiết kế uy tín nhất trên thế
giới. Phần mềm này cho phép người sử dụng xây dựng các mô hình chi tiết 3D, lắp
ráp chúng lại với nhau thành một bộ phận máy (máy) hoàn chỉnh, kiểm tra động
học, cung cấp thông tin về vật liệu…
Phần mềm SolidWorks cũng cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng
khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó. SolidWorks có thể xuất ra các file dữ
liệu định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai thác mô hình trong môi trường
các phần mềm phân tích khác như ANSYS, ADAMS, Pro-Casting…Trước sự phát
triển lớn mạnh của phần mềm CAD SolidWorks, hiện nay nhiều phần mềm
CAD/CAM đã viết thêm các modul nhận dạng trực tiếp file dữ liệu SolidWorks…
15
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
Chức năng CAD: Phần mềm này có ưu điểm là giao diện đẹp, thân thiện, khả
năng thiết kế nhanh hơn các phần mềm khác rất nhiều nhờ vào sự xắp xếp và bố trí
các toolbar một cách có hệ thống và hợp lý. Phần mềm này không có nhiều modul
như Catia hay unigraphics vốn là những phần mềm lớn thiết kế trong nhiều lĩnh vực
như ôtô, hàng không, điện tử, … Solidworks chủ yếu được dùng trong cơ khí chính
-
Phân tích động lực học(bài toán phân tích ứng suất khi cơ cấu chuyển
động – con lăn di chuyển trên ray).
-
Phân tích dao động.
-
Phân tích nhiệt học.
-
Phân tích sự va chạm của các chi tiết.
-
Phân tích thuỷ khí động học ( thông qua bài toán phân tích lượng nước
chảy qua cái robine và bố trí quạt thông gió cho CPU máy tính nhằm
tản nhiệt tốt hơn).
-
Phân tích quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn và mức độ gia nhiệt cần
thiết cho quá trình đó.
-
phát triển thứ 3 (MAI). Ưu điểm lớn nhất của các phần mềm này là dễ sử dụng, giao
diện người dùng thân thiện. Giá cả của chúng thuộc loại thấp.
CATIA viết tắt từ (Computer Aided Three Dimensional Interactive
Application) Nghĩa là
Xử lý tương tác trong
không gian ba chiều có
sự hỗ trợ của máy tính,
Catia là một bộ phần
mềm thương mại phức
hợp
được
CAD/CAM/CAE
hãng
Dassault
Systemes (đây là một
công ty của Pháp) phát
Hình 1-3. Sản phẩm thiết kế với CATIA
triển và IBM là nhà
phân phối trên toàn thế giới. Catia được viết bằng ngôn ngữ lập trình C++. Catia là
viên đá nền tảng đầu tiên của bộ phần mềm quản lý toàn bộ 1 chu trình sản phẩm
của Dassault. Nó có khả năng thiết kế, phân tích kết cấu, lập trình và gia công CNC.
18
trình gia công chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá
đặt từ đó cho phép người thiết kế lựa chọn quá trình chế tạo hợp lý nâng
cao chất lượng gia công và tiết kiệm vật liệu.
5. Modul hệ thống các thiết bị (Equipments and systems): Cho phép xây
dựng các trang thiết bị, các hệ thống của một nhà máy theo tiêu chuẩn.
6. Modul thiết kế mặt bằng, nhà máy, dây chuyền sản xuất (Plant
Engineering): Cho phép thiết kế mặt bằng xưởng, nhà máy, dây chuyền
sản xuất.
19
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
Đây là một phần mềm rất mạnh có khả năng giải quyết nhiều bài toán nên yêu
cầu cấu hình máy tính phải đảm bảo.Các đối tượng mà CATIA có khả năng làm
việc là:
-
Thiết kế cơ khí: Thiết kế chi tiết và các cơ cấu tổ hợp các sản phẩm dập
tấm, bề mặt và khung dây, thiết kế khuôn, thiết kế tàu thuỷ, ô tô, máy
bay v.v…
-
Thiết kế các kiểu dáng hình học 3D với những mặt cong bất kỳ.
-
phỏng quá trình gia công đem lại hiệu quả làm việc cao trong sản xuất, giúp quá
trình thiết kế và chế tạo giảm được rất nhiều chi phí về thời gian và tiền bạc.
Trong phần phạm vi luận văn chỉ đưa ra giới thiệu một số phương án hình học
đường chạy dao có thể thực hiện được trên một số phần mềm CAD/CAM thông
20
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
VIỆN SĐH - ĐHBKHN
dụng mà hiện nay được nhiều hãng hay tập đoàn lớn trên thế giới sử dụng.
a. Gia công hốc
Kiểu đường chạy dao (Toolpath)
Phay hốc với đường chạy dao theo kiểu xoắn ốc song song với đường bao
(Pocket Boundary), dao sẽ cắt từ trong ra ngoài (Hình 1-5.a).
a.
b.
c.
d.
e.
f.
(Contour) lý thuyết và đường chạy dao tính toán, xem trên Hình
1-7 (khi gia công chúng ta luôn mong muốn đường chạy dao
trùng với biên dạng của chi tiết cần gia công).
-
Định khoảng cách giữa 2 đường chạy dao liên tiếp
Hình 1-7 Dung
sai gia công
(Stepover), xem Hình 1-8.a.
-
Khoảng cách giữa hai đường chạy dao được tính toán theo % đường kính
dao với tỷ lệ nghịch, có giá trị tính toán trong khoảng từ 1% ÷ 99%
(Percentage of Tool Diameter), (xem Hình 1-8.b).
a.
b.
c.
d.
e.
Hình 1-8 Các thông số chạy dao theo phương ngang
-
dao, xem Hình 1-10.
23
Copyright: Tài liệu đại học ©