zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

Báo cáo nghiên cứu khoa học: " MỘT PHƯƠNG PHÁP THIẾT LẬP ĐƯỜNG CHẠY DAO GIA CÔNG CHO MÁY PHAY VẠN NĂNG CNC BA TRỤC - ỨNG DỤNG VÀO LẬP TRÌNH GIA CÔNG BỀ MẶT RĂNG THÂN KHAI CỦA BÁNH RĂNG NÓN RĂNG THẲNG"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

149
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu một phương pháp thiết lập tự động các đường chạy dao theo yêu cầu công nghệ trên ngôn ngữ G-Code sử dụng cho máy phay CNC vạn năng 3 trục. Phương pháp trình bày giúp thiết lập tự động các chương trình gia công theo mã lệnh G-Code nhằm gia công bề mặt phức tạp, ứng dụng cụ thể vào việc gia công bề mặt thân khai của bánh răng nón răng thẳng trên...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: " MỘT PHƯƠNG PHÁP THIẾT LẬP ĐƯỜNG CHẠY DAO GIA CÔNG CHO MÁY PHAY VẠN NĂNG CNC BA TRỤC - ỨNG DỤNG VÀO LẬP TRÌNH GIA CÔNG BỀ MẶT RĂNG THÂN KHAI CỦA BÁNH RĂNG NÓN RĂNG THẲNG"

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008 MỘT PHƯƠNG PHÁP THIẾT LẬP ĐƯỜNG CHẠY DAO GIA CÔNG CHO MÁY PHAY VẠN NĂNG CNC BA TRỤC - ỨNG DỤNG VÀO LẬP TRÌNH GIA CÔNG BỀ MẶT RĂNG THÂN KHAI CỦA BÁNH RĂNG NÓN RĂNG THẲNG A METHOD TO CONSTRUCT TOOL PATHS FOR 3-AXES CNC NIVERSAL MILLING MACHINE - APPLICATION TO MANUFACTURE STRAIGHT EVEL GEARS’ INVOLUTE SURFACE LÊ CUNG - BÙI MINH HIỂN Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo giới thiệu một phương pháp thiết lập tự động các đường chạy dao theo yêu cầu công nghệ trên ngôn ngữ G-Code sử dụng cho máy phay CNC vạn năng 3 trục. Phương pháp trình bày giúp thiết lập tự động các chương trình gia công theo mã lệnh G-Code nhằm gia công bề mặt phức tạp, ứng dụng cụ thể vào việc gia công bề mặt thân khai của bánh răng nón răng thẳng trên máy phay vạn năng CNC 3 trục. ABSTRACT The article deals with a method to produce the tool paths for 3-axes universal CNC milling machines on G-Code language according to technological requires. This method contributes to the automatic establishment of G-Code program in order to manufacture the complicated surfaces, for application in the manufacturing of involute surfaces in straight bevel gears. 1. Đặt vấn đề Hiện nay, các máy phay CNC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong gia công cơ khí và cho phép gia công các bề mặt khá phức tạp với độ chính xác cao. Việc gia công các bề mặt phức tạp trên máy CNC vạn năng sử dụng phương pháp SSM (sculptured surface machining), bằng cách thực hiện các đường chạy dao bám theo bề mặt gia công. Để gia công các bề mặt thân khai của bánh răng, người ta thường sử dụng các máy CNC cũng như dụng cụ cắt chuyên dùng. Việc sử dụng thiết bị chuyên dùng cho phép đạt độ chính xác và năng suất cao. Tuy nhiên, máy móc và dụng cụ cắt chuyên dụng khá đắt tiền, việc trang bị thiết bị nhưng không sử dụng hết năng suất, sẽ gây lãng phí lớn. Với những xưởng sửa chữa nhỏ, chỉ trang bị máy phay vạn năng CNC 3 trục hoặc 3 ½ trục và vấn đề năng suất gia công không phải là chỉ tiêu hàng đầu thì phương pháp SSM tỏ ra có hiệu quả trong gia công bề mặt thân khai, nhất là trong các bánh răng có mođun lớn. Ngoài ra, phương pháp SMM sử dụng trong gia công bề mặt thân khai của bánh răng cũng có một số ưu điểm: sử dụng các loại dao cụ vạn năng, rẻ tiền; có thể gia công được các bề mặt thân khai trong một dải kích thước và chủng loại rộng rãi; có thể gia công được bề mặt thân khai của bánh răng có đường kính lớn đến rất lớn, bánh răng phi tiêu chuẩn, bánh răng được tối ưu hóa đường cong chân răng nhằm tăng độ bền uốn của răng… 10
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008 Chính vì vậy, trong những năm gần đây, việc nghiên cứu công nghệ gia công bề mặt thân khai trên các máy vạn năng CNC 3 trục hoặc 3 ½ trục theo phương pháp SMM được nhiều tác giả [1], [2], [3], [4] quan tâm nghiên cứu. Để gia công bề mặt thân khai, cần thực hiện các đường chạy dao phù hợp. Hiện nay, các phần mềm CAD/CAM/CNC như Pro/Engineering, Catia, Hypermill... đều cho phép thiết lập tự động các đường chạy dao. Tuy nhiên, các đường chạy dao có sẵn đôi khi chưa thật sự phù hợp với yêu cầu của công nghệ. Do vậy, việc nghiên cứu phương pháp thiết lập các đường chạy Hình 1 : Đường chạy dao gia dao phù hợp, nhằm gia công các bề mặt phức tạp, ứng công bề mặt thân khai dụng cụ thể vào việc gia công bề mặt thân khai của bánh răng, thông qua việc lập chương trình theo tham số trên mã lệnh G-Code, cũng cần được quan tâm Z nghiên cứu. Và đây cũng chính là mục tiêu của bài báo này. 2. Phương pháp thiết lập đường chạy O dao theo ngôn ngữ G-Code để gia công Bánh răng bánh răng nón răng thẳng tương đương Để thiết lập đường chạy dao gia AC thứ j δ công một bề mặt phức tạp, trước hết cần δf nghiên cứu hình học bề mặt, từ đó xây γf dựng phương trình đường chạy dao bám Y X ⊗ theo bề mặt gia công. Bài báo chỉ giới hạn Fmax O0 ở việc thiết lập đường chạy dao để gia Fm x công tinh bề mặt thân khai cầu trong bánh rj Fj răng nón răng thẳng. 2.1. Mô hình bánh răng nón răng thẳng và phương trình gia công bề mặt răng rC Phương trình gia công bề mặt răng thân khai trong bánh răng nón răng thẳng, O2 j hay phương trình các đường chạy dao, dựa trên phương trình đường thân khai vòng tròn. Hình 1 mô tả các đường chạy dao y phù hợp để gia công một răng của bánh ref max ⊗ O2max răng nón răng thẳng [2]. reb max Để viết được phương trình gia re max công, ta mô hình hóa bánh răng nón răng rea max thẳng bằng tập hợp các bánh răng trụ tròn răng thẳng tương đương có bề rộng là Fm (hình 2). Môđun của bánh răng tương đương thứ j, có tâm là O2j : Hình 2 : Mô hình bánh răng nón răng thẳng 11
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008 ( AC - Fj ).dC mej = (1) AC .Z .cos δ Trong đó: dC: đường kính vòng chia ngoài của bánh răng nón, AC: chiều dài nón ngoài, Fj: khoảng cách từ bánh răng tương đương, có tâm là O2max và có môđun lớn nhất, đến bánh răng tương đương đang xét, Z: số răng của bánh răng nón. Các thông số khác của bánh răng tương đương thứ j : rj ; rebj = rej .cos α rej = cos δ (2) refj = reaj − 2, 25.m j ; reaj = rej + m j Trong đó : rj : bán kính vòng chia của bánh răng nón tại vị trí ứng với bánh răng tương đương thứ j; rej, rebj, reaj và refj lần lượt là bán kính vòng chia, vòng cơ sở, vòng đỉnh và vòng chân của bánh răng tương đương thứ j; δ : góc nón chia, α : góc áp lực α = 200 , m j : mođun của bánh răng nón xét trên mặt nón phụ thứ j. 2.2. Phương trình gia công cho biên dạng răng thân khai Để tiến hành gia công bề mặt thân khai bằng phương pháp SSM, ta sử dụng dao phay ngón đầu cầu (ball mill) có bán kính Re. Phương trình tham số của biên dạng thân khai phía phải của bánh răng trụ răng thẳng tương đương thứ j, hay tọa độ ( xM , yM ) của một điểm M bất kỳ trên biên dạng này xét trong mặt phẳng O2jxy, có thể viết như sau (hình 3) : ⎧ xM = rexj cos(invα x ) ⎪ với : rexj = rebj / cos α x và: invα x = tgα x − α x ⎨ (3) ⎪ yM = rexj cos(invα x ) ⎩ y Đường thân khai phải Dao phay ngón Re đầu cầu N Vòng tròn Δ ry cơ sở M rebj rexj I αx yM y Mr O2 j x θx xM Δ rx xMr Hình 3 : Vị trí dụng cụ cắt trên đường thân khai phải Nếu kể đến bán kính dao Re, phương trình (3) trở thành : 12
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008 ⎧ xMr = rexj . cos(invα x ) + Re .sin(α x + invα x ) ⎪ ⎨ (4) ⎪ yMr = rexj .cos(invα x ) − Re .cos(α x + invα x ) ⎩ Trong đó : α x là tham số với : α x ∈[0, α max ] ; rexj ∈[rebj , reaj ] ; α max = arccos(reb max / rea max ) (5) Tọa độ trên trục Z của điểm M (hình 4): Z Mr = −[h0 + h j ] + [(rexj − refj ) sin δ ] (6) Trong đó : h0 = 2, 25m j .sin δ và h j = ( Fmax − Fj ) cos δ f / cos γ (7) f Với : δ f : góc nón chân, γ : góc chân răng (hình 2). f Tóm lại, phương trình gia công cho biên dạng thân khai phía phải có dạng : ⎧ X Mr = rexj cos δ .cos(invα x ) + Re cos δ .sin(α x + invα x ) ⎪ ⎨YMr = rexj cos δ .cos(invα x ) − Re cos δ .cos(α x + invα x ) (8) ⎪ ⎩ Z Mr = −[h0 + h j ] + [(rexj − rerj ) sin δ ] Bằng cách tương tự, ta xây dựng được phương trình gia công cho biên dạng thân khai phía trái. Bằng cách Z Dao phay sử dụng phép quay hệ tọa ngón đầu cầu độ quanh trục Z với các góc bằng 2π / Z , ta sẽ Gốc chương xây dựng được phương Fmax O 0 trình gia công X trình gia công cho các bề mặt răng kế tiếp của bánh h0 răng. Fj 2.3. Thuật toán thiết lập ZM hj chương trình gia công M Re • theo mã G-Code Trên cơ sở các δf phương trình gia công viết cho biên dạng răng phải γf và trái, ta xây dựng thuật toán để thiết lập tự động chương trình gia công trên mã G-Code, sử dụng cho refj máy phay CNC BAZ-15 rexj Heideinen như trên hình 5. Hình 4 : Sơ đồ tính tọa độ Z của điểm M 13
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008 Nhập thông số của bánh răng nón : mođun m, số răng Z,…; Nhập chế độ cắt Tính các thông số khác : dC, AC, δ, Fmax, δf, repmax, reamax,… Xuất các lệnh G-Code khởi đầu chương trình gia công i = 1; Fj = 0; αxr = αmin; αxr = αmax Giải phương trình biên dạng thân khai phía phải, xuất lệnh chạy dao gia công biên dạng bên phải : G01 X(XMr) Y(YMr) Z(ZMr) NO αxr > αmax αxr = αxr + Δαx YES Xuất lệnh chạy dao gia công vòng đỉnh răng G03 X(raxj) Y(rayj) Z(razj) R(Re) Giải phương trình biên dạng thân khai phía trái, xuất lệnh chạy dao gia công biên dạng bên trái : G01 X(XMl) Y(YMl) Z(ZMl) NO αxl < αmin αxl = αxl + Δαx YES Xuất lệnh chạy dao gia công vòng chân răng G03 X(rfxj) Y(rfyj) Z(rfzj) R(Re) Quay hệ tọa độ quanh trục Z để gia NO i ≥Z công răng kế tiếp ; i = i +1 YES NO Fj = Fj + ΔFj Fj > Fmax YES Dừng chương trình G28, M30 Hình 5 : Sơ đồ thuật toán lập chương trình gia công 3. Kết quả và bình luận Dựa trên phương pháp và sơ đồ thuật toán nêu trên, chúng tôi xây dựng được phần mềm «Bánh răng nón» cho phép thiết lập chương trình gia công theo mã G-Code tương thích với máy phay 3 trục CNC BAZ-15 Heidenhen, nhằm gia công tinh bề mặt thân khai của một bánh răng nón có thông số bất kỳ. Phần mềm được viết trên ngôn ngữ Visual Basic. Các menu thao tác chính trên giao diện của phần mềm (hình 6) gồm: 14
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008 + Nhập dữ liệu : Nhập các thông số của bộ truyền bánh răng nón răng thẳng như môđun m, số răng Z1, Z2... Nhập các thông số về chế độ cắt. + Xuất dữ liệu : Tính toán các thông số khác của bánh răng nón răng thẳng và xuất chương trình gia công dưới dạng mã lệnh G-code. Để kiểm nghiệm chương trình gia công và đường chạy dao được chọn, chúng tôi tiến hành gia Hình 6 : Giao diện phần mềm công một bánh răng nón răng thẳng “Bánh răng nón” trên máy phay 3 trục CNC BAZ-15 Heidenhen với thông số như sau: m = 10, Z = 14. Việc gia công thô bánh răng, sử dụng các đường chạy dao của phần mềm Pro/Engineer. Sau đó, tiến hành kiểm tra một số thông số của bánh răng trên máy đo ba chiều CMM. Để thuận lợi cho việc gia công, vật liệu bánh răng được chọn là nhôm đúc. Kết quả về sai số của một vài thông số như bước răng đo trên vòng chia và profin răng xét trên mặt nón Hình 7 : Xuất chương trình gia công phụ ngoài cho trên hình 10. Hình 8 : Bánh răng nón răng Hình 9: Kiểm tra bánh răng trên thẳng sau khi gia công máy đo ba chiều CMM Qua phân tích các số liệu đo thu thập được, chúng tôi thấy chi tiết gia công có sai số về bước và sai lệch prophin răng là rất bé, tương đương với cấp chính xác 5. Điều này 15
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008 phần nào khẳng định độ chính xác bánh răng khi gia công bằng phương pháp SSM với đường chạy dao vừa thiết lập. 5 14 4 12 Sai số bước răng [μm] 3 Sai số profin [μm] 10 2 1 8 0 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 -1 4 -2 2 -3 -4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 răng điểm đo trên prophin Hình 10a: Sai số bước trên biên Hình 10b: Sai số các điểm đo trên dạng răng trái prophin ở bề mặt răng phải 4. Kết luận Dựa trên phương pháp và thuật toán đề nghị, chúng tôi đã tiến hành xây dựng được phần mềm “Bánh răng nón”. Phần mềm này cho phép xuất chương trình gia công tinh bề mặt thân khai của bánh răng nón răng thẳng, có thông số tùy chọn, theo mã lệnh G-Code tương thích với máy phay CNC BAZ-15 Heideinen, theo đường chạy dao men theo biên dạng thân khai. Với biên dạng thân khai bên phải đường chạy dao đi từ chân đến đỉnh, với biên dạng thân khai bên trái đường chạy dao đi từ đỉnh đến chân, các đường chạy dao di chuyển từ mặt đầu lớn về mặt đầu nhỏ của bánh răng. Hoàn toàn có thể phát triển thuật toán và phần mềm nói trên để lập chương trình gia công tự động cho bánh răng nón răng cong, răng nghiêng trên máy phay CNC vạn năng 3 trục có bàn quay. Có thể kết hợp với việc sử dụng phương trình đường cong chân răng [1] nhằm lập trình gia công các đường cong chân răng đã được tối ưu hóa. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Yến, Gia công bánh răng thân khai trên máy công cụ CNC, Tạp chí Khoa học và Công nghệ 6 trường Đại học, số 14, 2004. [2] Cihan Ozel, Ali Inan, Latif Ozler, An Investigation on Manufacturing of the Straight Bevel Gear Using End Mill by CNC Milling Machine, Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME, Vol. 127, 2005, p503-511. [3] S.H. Suh, W.S. Jih, H.D. Hong, D.H. Chung, Sculptured surface machining of spiral bevel gears with CNC milling, International Journal of Machine Tools & Manufacture, (41), p833-850, 2001. [4] J.Y. Dantan, J. Bruyere, C. Baudouin, L. Mathieu, Geometrical Specification Model for Gear - Expression, Metrology and Analysis, Annals of the CIRP,(56) , 517-520, 2007. [5] P. Chin, Y. Tsai, Surface geometry of straight and spiral bevel gears, ASME Journal of Mechanisms, Transmissions, and Automation in Design, (4), 443-449, 1987. 16

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng

172 tài liệu

836 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.