- i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. - Công trình được thực hiện tại Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của GS. - Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác. - Lê Thanh Sơn Người cam đoan Nguyễn Thanh Tú ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, Tôi đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo, cô giáo và tập thể nghiên cứu khoa học. - Lê Thanh Sơn – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, là những người đã tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. - Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp đã giảng dạy, chỉ bảo, góp ý và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. - Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, em nghiên cứu sinh, cao học và sinh viên các khóa thuộc Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ cắt công nghiệp – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hết lòng hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện luận án. - Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu Sinh Nguyễn Thanh Tú iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. - TỔNG QUAN VỀ TRỤC VÍT MÁY NÉN KHÍ. - 5 1.1.1 Giới thiệu về máy máy nén khí kiểu trục vít. - 5 1.1.2 Các loại biên dạng trục vít máy nén khí phổ biến hiện nay. - 6 1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trục vít Cycloid trên thế giới Tình hình nghiên cứu tạo hình biên dạng của trục vít Tình hình chế tạo trục vít cycloid trên thế giới hiện nay Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trục vít ở Việt Nam . - Tình hình nghiên cứu trục vít ở Việt Nam . - Tình hình chế tạo trục vít Cycloid ở Việt Nam KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 2. - CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẠO HÌNH BỘ ĐÔI ĐỘNG HỌC TRỤC VÍT – DỤNG CỤ GIA CÔNG . - Cơ sở lý thuyết tạo hình bề mặt trục vít Cycloid Đường Cycloid trong kỹ thuật Nguyên lý tạo hình bề mặt trục vít Cycloid Cơ sở lý thuyết tạo hình bề mặt Dụng cụ cắt Phương pháp gia công định hình Phương pháp gia công bao hình Các phương pháp truyền thống xác định mặt khởi thuỷ Phương pháp đồ thị iv 2.3.2 Phương pháp Giải tích Phương pháp Động học Phương pháp mặt cắt Các Điều kiện tạo hình bề mặt khi gia công Điều kiện cần để tồn tại bề mặt khởi thủy K của Dụng cụ Điều kiện đủ để tồn tại bề mặt khởi thủy K của Dụng cụ . - Phương pháp thiết kế ngược để tạo hình trục vít Cycloid . - Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược . - Qui trình công nghệ thiết kế ngược KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 3. - NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CẶP TRỤC VÍT MÁY NÉN KHÍ Phương pháp thiết kế thuận truyền thống Phương pháp thiết kế ngược Nguyên lý thiết kế ngược điển hình Thực nghiệm tạo dữ liệu thiết kế ngược cho cặp trục vít máy nén khí . - Trang thiết bị và phần mềm được sử dụng để tạo dữ liệu thiết kế ngược . - Tiến hành thực nghiệm và kết quả Phương pháp thiết kế hỗn hợp Phân tích dữ liệu gốc và tham số hoá biên dạng trục chủ động . - Tham số hoá biên dạng trục chủ động Xác định tự động biên dạng đối ứng của trục bị động Tạo mô hình 3D chính xác của cặp trục vít Kiểm tra độ chính xác của mô hình thiết kế 3D . - Kiểm tra sự tiếp xúc của hai biên dạng trên các tiết diện khác nhau . - NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT KHỞI THUỶ DỤNG CỤ DẠNG ĐĨA GIA CÔNG MẶT VÍT CYCLOID Động học tạo hình dụng cụ dạng đĩa gia công mặt vít Nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa gia công mặt vít . - Phương pháp mặt cắt Phương pháp CAD 3D Phương pháp lập trình tính toán giao của mặt bất kỳ với mặt xoắn vít . - Phương pháp sử dụng toán tử Boolean Thực nghiệm xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa gia công cặp trục vít máy nén khí . - Kiểm tra độ chính xác của mặt khởi thuỷ dụng cụ . - Kiểm tra độ tiếp xúc của dụng cụ và chi tiết Kiểm tra dụng cụ gia công trục chủ động Kiểm tra dụng cụ gia công trục bị động . - Kiểm tra độ chính xác của dụng cụ bằng mô phỏng gia công KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 5. - THỰC NGHIỆM GIA CÔNG CẶP TRỤC VÍT CYCLOID VỚI CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC Thực nghiệm gia công cặp trục vít số Tạo chương trình gia công CNC cho cặp trục vít mẫu Quy trình gia công cặp trục vít 01 trên máy CNC Đánh giá độ chính xác bề mặt cặp trục vít số 01 so với bề mặt trục vít thiết kế ngược thuần túy Thực nghiệm gia công cặp trục vít số Tạo chương trình gia công CNC cho cặp trục vít mẫu Quy trình gia công cặp trục vít 02 trên máy CNC vi 5.2.3 Đánh giá độ chính xác bề mặt cặp trục vít số 02 với bề mặt trục vít được thiết kế bằng phương pháp mới KẾT LUẬN CHƯƠNG 5. - 101 KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO. - z Số răng vít r1e mm Bán kính ngoài trục vít r1i mm Bán kính trong trục vít C mm Khoảng cách giữa hai trục vít p mm Bước xoắn của trục vít trong một đơn vị vòng quay. - Vector trục quay của dụng cụ. - Σ Pháp tuyến bề mặt Σ , tham chiếu trong hệ toạ độ XYZ. - viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích CAM Computer Aided – Manufacturing Lập chương trình gia công nhờ ứng dụng máy tính CAD Computer Aided – Design Thiết kế nhờ ứng dụng của máy tính CNC Computer Numerical Control Điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất CAE Computer Aided Engineering Phân tích đối tượng hình học CAD RP Rapid Prototyping Phương pháp tạo mẫu nhanh ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của máy nén khí công nghiệp. - 5 Hình 1.2 Vít xoắn được chế tạo có gờ hẹp. - 7 Hình 1.3 Biên dạng biên tròn đối xứng có sử dụng các gờ làm kín. - 8 Hình 1.4 Những biên dạng thông dụng của máy nén trục vít Hình 1.5 Xích Cycloid Hình 1.6 Bánh răng Cycloid Hình 1.7 Thiết kế dao phay ngón gia công bề mặt trục vít Hình 1.8 Thiết kế dụng cụ dạng đĩa gia công bề mặt trục vít Hình 1.9 Profile lưỡi cắt dao phay ngón gia công bề mặt trục vít Hình 1.10 Profile lưỡi cắt dao phay đĩa gia công bề mặt trục vít Hình 1.11 Các bước hình thành bề mặt khởi thủy dụng cụ dạng đĩa Hình 1.12 Bề mặt bánh vít khi cho trục vít chuyển động tạo hình Hình 1.13 Bề mặt khởi thủy dụng cụ dạng đĩa Hình 1.14 Mô hình CAD cặp trục vít Cycloid công nghiệp Hình 1.15 Thí nghiệm đo cặp trục vít Cycloid công nghiệp Hình 1.16 Bộ đôi trục vít Cycloid đã được tối ưu bằng phần mềm[49]. - Hình 1.17 Bề mặt khởi thủy dụng cụ dạng đĩa cắt trục vít Cycloid Hình 1.18 Dụng cụ dạng đĩa cắt trục vít Cycloid Hình 1.19 Máy CNC gia công trục vít Cycloid Hình 2.1 Đường EpiCycloid Hình 2.2 Đường HypoCycloid Hình 2.3 Đường Cycloid Hình 2.4 Hệ tọa độ của mặt xoắn vít Hình 2.5 Sự ăn khớp của biên dạng răng vít. - Hình 2.6 Sơ đồ gia công định hình Hình 2.7 Sơ đồ gia công bao hình Hình 2.8 Sơ đồ gia công bao hình bề mặt tự do Hình 2.9 Chuyển động tương đối chi tiết và dụng cụ và mặt khởi thủy K Hình 2.10 Đường đặc tính E và mặt khởi thủy Kcủa dụng cụ x Hình 2.11 Xác định mặt khởi thủy K – mặt tiếp tuyến với các vị trí của bề mặt chi tiết C khi chuyển tạo hình ( họ bề mặt C). - Hình 2.12 Phương pháp động học xác định mặt bao. - Hình 2.13 Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược Hình 3.1 Nguyên lý ăn khớp cặp trục vít Hình 3.2 Các bước trong quá trình kỹ thuật ngược Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc máy quét ánh sáng Atos I Hình 3.4 Bản vẽ trục chủ động Hình 3.5 Bản vẽ trục bị động Hình 3.6 Sai lệch biên dạng trục chủ động Hình 3.7 Biên dạng tham số hoá của trục chủ động Hình 3.8 Biên dạng Cycloid với các tham số r khác nhau Hình 3.9 Sơ đồ khối thuật toán xác định biên dạng đối ứng Hình 3.10 Biên dạng hai trục chuẩn bị chạy chương trình (trên) và đạng trong quá trình được tạo tự động (dưới Hình 3.11 Biên dạng trục bị động hoàn thiện Hình 3.12 Kiểm tra sự tiếp xúc của hai biên dạng Hình 3.13 Biên dạng trục bị động hoàn thiện Hình 3.14 Tạo Solid 3D ¼ trục chủ động và 1/6 trục bị động. - Hình 3.15 Mô hình Solid 3D 2 trục vít. - Hình 3.16 Kiểm tra sự tiếp xúc của hai trục Hình 3.17 Kiểm tra sự tiếp xúc của hai trục trên các mặt cắt Hình 3.18 Đưa 3 chi tiết vào môi trường lắp ráp Hình 3.19 Đang thiết lập ràng buộc đồng trục giữa Giá và hai trục Hình 3.20 Đang thiết lập rằng buộc tiếp xúc Hình 3.21 Vị trí hai trục vít khi đã thực hiện các rằng buộc Hình 4.1 Mặt khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa gia công mặt vít Hình 4.2 Phương pháp mặt cắt xác định các điểm trên đường đặc tính Hình 4.3 Phương pháp CAD 3D xác định các điểm trên đường đặc tính Hình 4.4 Tính toán các điểm trên tiết diện bất kỳ của mặt xoắn vít Hình 4.5 Thuật toán tạo hình dụng cụ dạng đĩa gia công trục vít Hình 4.6 Định vị hợp lý “phôi dụng cụ xi Hình 4.7 Tạo biên dạng dụng cụ dạng đĩa gia công trục chủ động Hình 4.8 Xác định biên dạng dọc trục của dụng cụ Hình 4.9 Lấy biên dạng dọc trục và tạo mặt khởi thuỷ dụng cụ hoàn chỉnh Hình 4.10 Tạo biên dạng dụng cụ dạng đĩa gia công trục bị động Hình 4.11 Xác định biên dạng dọc trục của dụng cụ gia công trục bị động Hình 4.12 Tạo mặt khởi thuỷ dụng cụ hoàn chỉnh gia công trục bị động Hình 4.13 Đưa Dụng cụ và chi tiết vào INVENTOR Hình 4.14 Kiểm tra độ chính xác tiếp xúc dụng cụ gia công trục chủ động Hình 4.15 Kiểm tra độ chính xác tiếp xúc trên các tiết diện ngang dụng cụ gia công trục bị động 73 Hình 4.16 Thuật toán gia công mô phỏng Hình 4.17 Thực hiện gia công mô phỏng một đoạn trên phôi Hình 4.18 Sai lệch biên dạng gia công mô phỏng trục bị động Hình 4.19 Định vị chính xác vị trí tương đối dụng cụ và phôi Hình 4.20 So sánh biên dạng thiết kế và biên dạng gia công mô phỏng trục bị động Hình 5.1 Nhập bản vẽ file CAD (cặp trục vit số 01) vào môi trường CAM Hình 5.2 Chọn máy gia công Mill 4-Axits VMC MM Hình 5.3 Chọn phôi và cài đặt gốc phôi Hình 5.4 Chọn kiểu gia công Rotary Hình 5.5 Chọn dao phay đầu cầu Ф Hình 5.6 Thông số chế độ cắt cho bước gia công thô Hình 5.7 Chọn các bề mặt cần gia công Hình 5.8 Chọn kiểu gia công theo phương mặt cắt vuông góc với trục Hình 5.9 Chọn chế độ bù Dao Hình 5.10 Chọn lượng dư để lại cho bước gia công tiếp theo Hình 5.11 Kiểu đi của dụng cụ gia công Hình 5.12 Chọn lượng chạy dao theo phương chiều trục Hình 5.13 Phân tích và tính toán đường chạy dao cặp trục vít số Hình 5.14 Chạy thử quá trình gia công thô cặp trục vít số Hình 5.15 Kết quả chạy thử quá trình gia công thô cặp trục vít số Hình 5.16 Chọn dao phay đầu cầu Ф Hình 5.17 Chọn lượng chạy dao theo phương chiều trục Hình 5.18 Phân tích và tính toán đường chạy dao tinh cặp trục vít số Hình 5.19 Chạy thử quá trình gia công tinh cặp trục vít số xii Hình 5.20 Kết quả chạy thử quá trình gia công tinh cặp trục vít số Hình 5.21 Xuất file Gcode cặp trục vít số Hình 5.22 File Gcode cặp trục vít số Hình 5.23 Quy trình thực hiện cam/cnc gia công cặp trục vít số Hình 5.24 Một số Hình ảnh trong quá trình gia công cặp trục vít số Hình 5.25 Kết quả Sản phẩm sau khi gia công cặp trục vít số Hình 5.26 Kết quả so sánh bề mặt cặp trục vít số 01 so với mô hình thiết kế ngược thuần túy Hình 5.27 Một số hình ảnh lập chương trình NC cho cặp trục vít số Hình 5.28 Một số Hình ảnh trong quá trình gia công cặp trục vít số Hình 5.29 Kết quả Sản phẩm sau khi gia công cặp trục vít số Hình 5.30 Kết quả so sánh bề mặt cặp trục vít số 02 so với mô hình thiết kế.bằng phương pháp mới. - Tính cấp thiết của đề tài Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu về cặp trục vít là rất lớn, đặc biệt là các trục vít sử dụng trong máy nén khí và máy bơm dầu. - Tuy nhiên, hiện tại ở Việt Nam chưa có cơ sở nào thiết kế, chế tạo được cặp trục vít ăn khớp có biên dạng Cycloid đạt độ chính xác cao cần thiết. - Do vậy, tất cả các cặp trục vít ăn khớp biên dạng Cycloid dùng trong các thiết bị công nghiệp hiện nay đều phải nhập khẩu. - Việc thiết kế biên dạng và biên dạng đối ứng của cặp trục vít ăn khớp thoả mãn điều kiện ăn khớp, có độ kín khít và cấp chính xác cao là hết sức phức tạp vì nó dựa trên lý thuyết bao hình ứng dụng trong lý thuyết ăn khớp, chưa nói đến các tính toán tối ưu hoá biên dạng của cặp trục vít máy nén khí. - Vì vậy, công việc thiết kế biên dạng cặp trục vít và biên dạng dụng cụ gia công chúng hiện nay thường sử dụng những phần mềm chuyên dụng đắt tiền, dựa trên những phương pháp còn chưa được công bố hoặc công bố ở mức độ khái niệm vì đó là bí mật của các hãng sản xuất. - Tương tự như vậy, việc xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ là một vấn đề rất phức tạp về mặt toán học dựa trên lý thuyết bao hình trong lý thuyết tạo hình bề mặt. - Các tài liệu, sách giáo trình được công bố chủ yếu sử dụng các phương pháp truyền thống như phương pháp giải tích, phương pháp động học. - Tuy nhiên, trên thực tế có nhiều mặt khởi thuỷ phức tạp mà khi xác định nó theo phương pháp truyền thống là hết sức khó khăn và tốn kém thời gian cũng như độ chính xác thấp. - Vì thế, việc ứng dụng các kỹ thuật tính toán dựa trên lập trình máy tính có thể làm thay đổi về phương pháp cũng như tạo ra những công cụ trong công tác thiết kế mặt khởi thuỷ dụng cụ một cách hiệu quả. - Tóm lại, công việc thiết kế và chế tạo các cặp trục vít ăn khớp biên dạng Cycloid hiện nay là cần thiết và vẫn còn là mới đối với Việt Nam, còn nhiều vấn đề cần tập trung nghiên cứu, trong đó xác định biên dạng cặp trục vít và biên dạng bề mặt khởi thuỷ của dụng cụ gia công chúng là một vấn đề then chốt. - Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên NCS lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tạo hình bộ đôi động học trục vít-dụng cụ gia công và ứng dụng để chế tạo trục vít máy nén khí” 2 2. - Mục tiêu của đề tài Xây dựng phương pháp và công cụ thiết kế chính xác biên dạng và chế tạo cặp trục vít ăn khớp nói chung và của cặp trục vít Cycloid máy nén khí nói riêng. - Nội dung chính của luận án - Nghiên cứu xây dựng phương pháp và công cụ thiết kế chính xác biên dạng cặp trục vít ăn khớp nói chung và của máy nén khí nói riêng. - Nghiên cứu xây dựng phương pháp và công cụ xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa gia công bao hình không tâm tích mặt xoắn vít. - Nghiên cứu xây dựng phương pháp và công cụ mô phỏng gia công bao hình không tâm tích bằng dụng cụ dạng đĩa. - Thực nghiệm thiết kế biên dạng 3D cặp trục vít máy nén khí, đánh giá sai số. - Thực nghiệm thiết kế biên dạng dụng cụ dạng đĩa gia công cặp trục vít máy nén khí, đánh giá độ chính xác tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết. - Thực nghiệm gia công mô phỏng theo phương pháp bao hình không tâm tích bằng dụng cụ dạng đĩa, đánh giá sai số gia công bao hình mô phỏng. - Lập trình Gcode và thực nghiệm gia công thử nghiệm cặp trục vít máy nén khí trên máy CNC 4 trục theo phương pháp số. - Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án - Đối tượng nghiên cứu của luận án: Tạo hình bộ đôi động học trục vít - dụng cụ gia công. - Phạm vi nghiên cứu của luận án: Luận án chỉ tập trung nghiên cứu phương pháp gia công bao hình không tâm tích bằng dụng cụ dạng đĩa và gia công số hoá trên CNC, đặc biệt cụ thể với cặp trục vít Cycloid của máy nén khí. - Luận án mới chỉ dừng lại ở việc chế tạo thử nghiệm để minh chứng kết quả của phương pháp thiết kế mới… vì đối tượng nghiên cứu của Luận án tập trung vào tạo hình bề mặt đôi động học - Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm để kiểm chứng và hiệu chỉnh phương pháp.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt