(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí

LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Họ & tên: Trần Văn Diễn Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 10/04/1982 Nơi sinh: Thái Bình Quê quán: Xã Quang Trung-Huyện Kiến Xương-Tỉnh Thái Bình

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Phòng 513 B4-Khu 5 tầng-Phường 7-Tp.Vũng Tàu Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0935185117

Fax: E-mail:dientv.me@vietsov.com.vn

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/

Nơi học (trường, thành phố):

Hệ đào tạo chính quy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh trong thời gian từ tháng 09/2006 đến tháng 09/2010, ngành học là Cơ khí chế tạo.

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và thi công máy sản xuất kim bấm tập

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 09/2010

Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Hồng

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

2010 Công ty Procter & Gamble Viet Nam -Bình

Dương Kỹ sư vận hành

2011 Công ty cổ phần CNG Việt Nam-Vũng Tàu Kỹ sư vận hành

2011 - nay Xí nghiệp Liên Doanh Việt Nga

Vietsovpetro-Vũng Tàu Kỹ sư cơ khí

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 10 năm 2016

Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo nhà trường, khoa Cơ khí Chế tạo máy và Trung tâm Công nghệ cao của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu Sự giúp đỡ này đã giúp tôi nâng cao trình độ và đạt được những kết quả tốt, đáp ứng tốt hơn yêu cầu nhiệm vụ hiện tại.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS-TS Nguyễn Ngọc Phương cùng các thầy giáo tại trung tâm công nghệ cao đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện đề tài Tôi cũng rất biết ơn ban Lãnh đạo Xí nghiệp Cơ điện-Liên doanh Việt Nga VIETSOVPETRO đã tạo điều kiện cho tôi sử dụng thiết bị máy móc cần thiết Cảm ơn các đồng nghiệp tại công ty và Ban chánh hàn-Xí nghiệp Xây lắp-Liên doanh Việt Nga VIETSOVPETRO đã nhiệt tình giúp đỡ tôi Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi đã nỗ lực tìm hiểu tài liệu và áp dụng kiến thức đã học, tuy nhiên, do thời gian và điều kiện hạn chế, luận văn vẫn còn những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự góp ý từ quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để hoàn thiện hơn trong nghiên cứu tiếp theo.

Xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 10 năm 2016

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: ii

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ix

1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu 1

1.2 Lý do chọn đề tài 3

1.3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của đề tài 4

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài 5

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

2.1 Cấu trúc hệ thống CNC 7

2.2 Đặc trưng cơ bản của CNC so với NC 9

2.2.4 Các yêu cầu đặt ra 10

2.3 Hệ trục tọa độ-chiều chuyển động 10

2.5.3 Điều khiển theo đường viền 13

2.6 Nội suy trong điều khiển số CNC 16

2.7 Quá trình gia công trên máy CNC 18

2.8 Hệ tọa độ tuyệt đối và hệ tọa độ số gia 18

2.10 Công nghệ CAD/CAM – CNC 20

2.10.1 Tổng quan về CAD/CAM 20

Chương 3: GIỚI THIỆU TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC DMU 85 30

3.4 Chuyển động của các trục 33

Chương 4 NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC DMU 85 ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ………46

4.1 Giới thiệu sản phẩm mẫu siêu âm 35

4.2 Xây dựng quy trình tính toán tham số cắt gọt 38

4.3 Lập trình và cắt thử 45

4.2.2 Gá đặt chi tiết trên máy và cắt thử 45

4.3 Kiểm tra thông số cắt gọt 46

4.3.3 Nhận xét và đưa ra phương án mới 46

4.4 Lập trình và chạy lại 47

4.4.1 Định vị và kẹp chặt chi tiết 47

4.4.3 Sử dụng phần mềm mô phỏng gia công chi tiết 52

4.4.4 Gia công chi tiết trên máy 58

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 62

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

CAD Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử (MTĐT) CAE Phân tích kỹ thuật với sự trợ giúp của MTĐT

CAPP Lập phương án chế tạo với sự trợ giúp của MTĐT

CAM Chế tạo với sự trợ giúp của MTĐT

CNC Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số

CAQ Kiểm tra chất lượng với sự trợ giúp của máy tính

MRPII Hoạch định nguồn lực sản xuất

PP Lập kế hoạch sản xuất

XNCĐ Xí nghiệp cơ điện

Bảng 2.1: Điểm zero và các điểm chuẩn 12

Bảng 2.2: Danh sách các địa chỉ mẫu tự 19

Bảng 2.3: Giải nghĩa các từ trong mô hình hệ thống CAD/CAM 22

Bảng 3.1: Thông số bàn làm việc……….31

Bảng 3.2: Thông số trục chính và ổ chứa dao 32

Bảng 3.4: Chức năng các trục 33

Bảng 4.1: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt………39

Bảng 4.2: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt 41

Bảng 4.3: Bảng thông số các kích thước phía trong tại mặt cắt 41

Bảng 4.9: Thông số mặt cắt A-A, Z-Z 50

Bảng 4.10: Thông số mặt cắt K-K, L-L, N-N, O-O 50

Bảng 4.11: Bảng thông số các kích thước phía trong tại mặt cắt 50

Hình 1.1: Hình ảnh 3D sản phẩm mẫu siêu âm 4

Hình 2.1: Máy phay thông thường và máy phay CNC……….7

Hình 2.2: Máy tiện thông thường và máy tiện CNC 8

Hình 2.3: Cấu trúc một hệ thống CNC 9

Hình 2.4: Nguyên tắc bàn tay phải 11

Hình 2.5: Quy định trục quay A, B, C 11

Hình 2.6: Trục tọa độ song song với X, Y, Z 11

Hình 2.7: Điều khiển theo điểm 13

Hình 2.8: Điều khiển theo đường 13

Hình 2.9: Điều khiển tạo hình 2D 14

Hình 2.10: Điều khiển tạo hình 2D 1/2 15

Hình 2.11: Điều khiển tạo hình 3D 15

Hình 2.12: Điều khiển tạo hình 4D và 5D 16

Hình 2.13: Khái niệm cơ bản về nội suy 17

Hình 2.14: Mô hình hệ thống CAD/CAM 22

Hình 2.15: Quá trình thiết kế 24

Hình 2.16: Sơ đồ các lĩnh vực ứng dụng trong hệ CAM 26

Hình 2.17: Mô hình công cụ CAD/CAM 28

Hình 2.18: Mối quan hệ CAD/CAM và tự động hóa sản xuất 28

Hình 3.1: Trung tâm gia công DMU 85 30

Hình 3.2: Vị trí các trục trong máy DMU 85 33

Hình 4.1: Đường DAC để đối chiếu đánh giá khuyết tật……….37

Hình 4.2: Bản vẽ thiết kế tổng thể mẫu siêu âm 38

Hình 4.3: Sơ đồ định vị và kẹp chặt 39

Hình 4.5: Cài đặt các thông số trong SolidCam 45

Hình 4.6: Gá đặt và chế tạo 45

Hình 4.7: Chuẩn phôi khi gia công kích thước ngoài 47

Hình 4.8: Chuẩn phôi khi gia công kích thước trong 47

Hình 4.13: Đưa chi tiết vào môi trường SolidCam 53

Hình 4.14: Chọn máy, chọn phôi, chọn chuẩn W 54

Hình 4.15: Chọn dao tại mặt cắt 54

Hình 4.16: Khai báo thông số tại các mặt cắt 55

Hình 4.17: Vào Simulate để bắt đầu mô phỏng 55

Hình 4.18: Mô phỏng quá trình chạy dao 56

Hình 4.19: Xuất chương trình gia công 56

Hình 4.20: Mã lệnh NC khai báo và bắt đầu gia công phay trong 57

Hình 4.21: Kết thúc chương trình gia công phay trong 58

Hình 4.22: Gia công các rãnh ngoài trên máy 59

Hình 4.23: Phương pháp kiểm tra kích thước bằng thiết bị siêu âm 60

Hình 4.24: Kiểm tra kích thước bằng thiết bị siêu âm 61

TỔNG QUAN

Tổng quan về hướng nghiên cứu

Ngày nay, sự phát triển của khoa học và công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển số và tin học, đã giúp các nhà chế tạo máy thiết kế các hệ thống điều khiển ngày càng đáng tin cậy hơn Máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, cho phép giảm khối lượng và thời gian gia công, nâng cao độ chính xác, đạt hiệu quả kinh tế và rút ngắn chu kỳ sản xuất.

Ngành cơ khí chế tạo đang phát triển mạnh mẽ cả trên thế giới và trong nước, với nhiều công trình nghiên cứu đáng chú ý.

 Các nghiên cứu tại Việt Nam:

Hoàng Vĩnh Sinh đã nghiên cứu và chế tạo máy phay CNC 5 trục với kích thước hành trình 600x400x400 mm tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội vào năm 2007 Bằng phương pháp thiết kế tối ưu hóa và lựa chọn kết cấu mới nhất, cùng với việc áp dụng kỹ thuật đồng vị trong điều khiển, đề tài đã hoàn thành tính toán, thiết kế, chế tạo và lắp ráp các bộ phận chính như thân máy, bệ đỡ, bàn máy XYZ, bàn quay AB và hệ thống thay dao tự động Quy trình công nghệ chế tạo và lắp ráp máy phay CNC 5 trục đã được xây dựng, cho phép chế tạo các bộ phận quan trọng trong điều kiện Việt Nam Máy phay CNC 5 trục này được đánh giá đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và có giá thành chỉ bằng 1/2 so với sản phẩm tương tự của châu Âu.

Đào Văn Hiệp nghiên cứu và phát triển phần mềm ứng dụng, cơ sở dữ liệu và hệ quản trị cơ sở dữ liệu phục vụ cho hệ thống thông tin quản lý nhà nước Đề tài của ông tập trung vào việc thiết lập công cụ hỗ trợ lập trình gia công trên máy CNC (chức năng CAM) trong môi trường AutoCad, do Trung tâm kỹ thuật cơ khí, Học viện KTQS chủ trì từ năm 1999 Mục tiêu là tạo ra môi trường CAD/CAM trong AutoCad để lập trình NC một cách nhanh chóng, chính xác và tiết kiệm, phù hợp với các cơ sở quốc phòng Nội dung nghiên cứu bao gồm cấu trúc cơ sở dữ liệu hình học của các phần mềm CAD, đặc biệt là AutoCad, và các phương pháp trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm CAD/CAM, từ đó sử dụng ngôn ngữ lập trình thích hợp để phát triển modul CAM trong AutoCad.

Bành Tiến Long đã nghiên cứu ứng dụng hệ thống tính toán song song hiệu năng cao để lập trình gia công các bề mặt khuôn mẫu trên máy công cụ CNC, với sự chủ trì của Trường ĐH Bách khoa Hà Nội vào năm 2006 Đề tài nhằm làm chủ công nghệ điều khiển CNC, cung cấp số liệu hữu ích cho các nhà sản xuất máy công cụ cải tiến hệ thống điều khiển tại Việt Nam Kết quả nghiên cứu không chỉ là tài liệu giảng dạy cho các trường kỹ thuật mà còn thiết lập hồ sơ công nghệ gia công bề mặt phức tạp, giúp giảm thời gian thiết kế và tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp sử dụng máy công cụ CNC.

 Các kết quả nghiên cứu ở ngoài nước :

Li Jianhua's 2001 research at the University of Kansas focused on the development of a 5-axis CNC milling machine featuring an open-architecture controller and a real-time NURBS surface interpolator The study highlights the application of Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) in object modeling and its significance in programming the machining of complex surfaces.

Nghiên cứu của Cho H.D., Jun Y.T và Yang M.Y về công nghệ phay CNC 5 trục đã chỉ ra rằng việc gia công bề mặt chạm trổ có thể được thực hiện hiệu quả thông qua việc tạo ra các chương trình NC Điều này mở ra cơ hội cho việc sử dụng triệt để các máy công cụ CNC trong ngành gia công chế tạo, một vấn đề mà nhiều doanh nghiệp hiện nay đang tìm kiếm sự hợp tác từ các nhà khoa học và đội ngũ kỹ thuật để giải quyết.

Xí Nghiệp Liên Doanh Việt Nga VIETSOVPETRO cần nắm vững công nghệ mới và hiểu biết sâu sắc về các thiết bị cùng tính năng vượt trội của chúng Việc thông thạo các phần mềm ứng dụng cũng là yếu tố quan trọng để thiết kế và triển khai gia công chế tạo hiệu quả.

Lý do chọn đề tài

Để nâng cao khả năng tự chủ trong gia công chế tạo và sửa chữa thiết bị, đặc biệt là các chi tiết phức tạp, Xí nghiệp Liên doanh Việt Nga VIETSOVPETRO đã quyết tâm đầu tư vào máy móc hiện đại nhằm giảm thiểu việc nhập khẩu phụ tùng đắt tiền từ nước ngoài Trước đây, công ty thường phải nhập các sản phẩm cơ khí đặc thù từ nước ngoài với chi phí cao và gặp khó khăn trong thủ tục mua sắm, ảnh hưởng đến tiến độ dự án Gần đây, công ty đã liên tục đưa vào sử dụng các máy công cụ hiện đại như máy tiện CNC CTX400, CTX410, máy phay CNC DMU60 và trung tâm gia công CNC, nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của khách hàng về chất lượng và tiến độ.

Mẫu siêu âm là sản phẩm đặc thù và phức tạp trong ngành dầu khí, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra và phát hiện khuyết tật mối hàn Sản phẩm này góp phần đảm bảo chất lượng trong quá trình hàn lắp ráp và rải ống ngầm dưới biển, phục vụ cho dự án dẫn khí từ Biển Đông vào các nhà máy chế biến khí trên bờ tại Việt Nam.

Với sự chấp thuận của lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và giáo viên hướng dẫn, tôi đã chọn đề tài "Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU 85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí", tập trung vào chi tiết "Mẫu siêu âm".

Hình 1.1: Hình ảnh 3D sản phẩm mẫu siêu âm

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của đề tài

 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Đề xuất xây dựng quy trình vận hành chế tạo với các sản phẩm có bề mặt phức tạp

- Đề xuất triển khai và ứng dụng phần mềm trong thiết kế và chế tạo chi tiết cơ khí trên máy CNC 5 trục DMU 85

- Đề xuất các khóa học nâng cao về thiết kế và mô phỏng, vận hành gia công trên máy CNC 5 trục DMU 85

 Ý nghĩa thực tế của đề tài

Nghiên cứu này cung cấp cho xí nghiệp cái nhìn sâu sắc về khả năng công nghệ của thiết bị, từ đó giúp họ chủ động trong việc vận hành và chế tạo các chi tiết cơ khí.

- Kết quả nghiên cứu có thể được dùng để định hướng cho việc triển khai và chế tạo các chi tiết có bề mặt phức tạp khác.

Mục đích nghiên cứu

Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn và tầm quan trọng của sản xuất tại xí nghiệp Liên doanh Việt Nga VIETSOVPETRO, việc chủ động trong chế tạo gia công cơ khí, đặc biệt là các chi tiết có bề mặt phức tạp, là rất cần thiết Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu công nghệ gia công chi tiết phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU 85, sử dụng phần mềm thiết kế Solidwork và phần mềm biên dịch Solidcam để mô phỏng quá trình gia công chi tiết "Mẫu siêu âm".

Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài tập trung vào lý thuyết cơ sở về CAD/CAM CNC, đồng thời cung cấp cái nhìn tổng quan về máy CNC 5 trục DMU 85 Bên cạnh đó, bài viết cũng đề cập đến phần mềm Solidworks cho thiết kế và phần mềm Solidcam để triển khai gia công.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày quá trình nghiên cứu gia công chi tiết “mẫu siêu âm” tại Xí nghiệp Liên Doanh Việt Nga VIETSOVPETRO Bài viết sẽ tập trung vào các lý thuyết cơ sở về chế tạo cơ khí, từ đó phát triển quy trình công nghệ, tính toán các tham số cắt gọt và triển khai phần mềm ứng dụng để gia công chi tiết “mẫu siêu âm”.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài này chủ yếu áp dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu và thực nghiệm để đạt được mục đích xuyên suốt.

 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Giáo trình công nghệ chế tạo máy

- Chế độ cắt gia công cơ khí

- Sổ tay lập trình CNC

- Máy điều khiển theo chương trình số NC, CNC

Máy DMU 85 hiện đang được cung cấp bởi VIETSOVPETRO, cho phép tiến hành chế tạo sản phẩm mẫu siêu âm Việc nghiên cứu tài liệu và ứng dụng công nghệ chế tạo cùng với các phần mềm hỗ trợ đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình này.

Kế hoạch thực hiện

Kế hoạch thực hiện đề tài nghiên cứu được thực hiện qua hai giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1 Thực hiện Chuyên đề

+ Xác định mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của đề tài

+ Nghiên cứu thông số kỹ thuật của máy CNC 5 trục DMU 85

- Giai đoạn 2 Hoàn thiện nội dung của Luận văn tốt nghiệp

+ Thiết lập quy trình tính toán tham số cắt gọt

+ Sử dụng phần mềm mô phỏng gia công chi tiết

+ Thực hiện gia công chi tiết mẫu siêu âm trên máy CNC 5 trục DMU 85

Đề tài này xem xét khả năng ứng dụng trong việc chế tạo các chi tiết có bề mặt phức tạp tại XNCĐ, nhằm nâng cao tính tự chủ trong công việc sửa chữa thiết bị khoan khai thác dầu khí.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cấu trúc hệ thống CNC

Các đặc điểm kết cấu phân biệt giữa máy công cụ điều khiển CNC và máy công cụ thông thường

Hình 2.1-Máy phay thông thường và máy phay CNC

Hình 2.1: Máy phay thông thường và máy phay CNC

Hình 2.2: Máy tiện thông thường và máy tiện CNC

Hình 2.3: Cấu trúc một hệ thống CNC

Cấu trúc một hệ thống CNC gồm những thành phần chính sau:

- Chương trình gia công (part program): bao gồm các chỉ thị đã được mã hóa

Hệ điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) bao gồm hai phần chính: Đơn vị xử lý dữ liệu (Data Processing Unit - DPU), có nhiệm vụ đọc mã lệnh từ thiết bị nhập dữ liệu, thực hiện giải mã và truyền dữ liệu.

Mạch điều khiển (Control Loop Unit - CLU) thực hiện chức năng nội suy chuyển động dựa trên tín hiệu từ DPU, xuất tín hiệu điều khiển, nhận phản hồi và điều khiển các thiết bị phụ trợ.

- Thiết bị đọc chương trình (Program input): máy đọc hay đường truyền RS232C

Hệ thống truyền động sử dụng động cơ một chiều hoặc xoay chiều để điều chỉnh tốc độ một cách vô cấp, kết hợp với các bộ truyền chính xác như vít me và đai ốc bi.

- Hệ thống phản hồi (feetback system)

Đặc trưng cơ bản của CNC so với NC

- Biểu thị chương trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công

- Nhập dữ liệu bằng nhiều cách

- Có khả năng lưu trữ chương trình

- Có khả năng thay đổi và cập nhật chương trình

- Kiểm tra, chẩn đoán lỗi chương trình bằng đồ họa máy tính

- Có thể giao tiếp với các thiết bị vi xử lý khác

- Bù trừ bán kính và chiều dài dao

- Chức năng hỗ trợ lập trình

- Năng suất tăng do mức độ tự hóa cao

- Có tính tập trung nguyên công

- Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao

- Gia công được các biên dạng phức tạp

- Hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao

- Giá thành bảo dưỡng cao, phức tạp

- Vận hành phức tạp, cần công nhân có tay nghề

- Hiệu qủa thấp với những chi tiết đơn giản

2.2.4 Các yêu cầu đặt ra

- Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu của quá trình hình thành sản phẩm (thiết kế, chuẩn bị sản xuất, gia công…)

- Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn.

Hệ trục tọa độ-chiều chuyển động

Tất cả các máy đều bao gồm các bộ phận chuyển động cơ bản, hoạt động liên kết với nhau theo các hướng vuông góc Các trục máy được sắp xếp theo hệ tọa độ vuông góc, với mỗi trục vuông góc so với trục còn lại.

- Nguyên tắc bàn tay phải thiết lập hướng và mô tả các chuyển động của dụng cụ cắt theo chiều dương hoặc âm đối với từng trục X, Y và

Z) Nguyên tắc này được toàn thế giới công nhận và là tiêu chuẩn để xác định các trục Hình 2.4: Nguyên tắc bàn tay phải

- Quy định về các trục quay A, B,C

Hình 2.5: Quy định trục quay A, B, C

- Các trục tọa độ song song với X,

Trong lập trình, chúng ta quy ước rằng dụng cụ di chuyển tương đối với hệ thống tọa độ song song với các trục X, Y và Z, trong khi các chi tiết khác sẽ giữ nguyên vị trí.

2.4 Các điểm zero và các điểm chuẩn

Khi vận hành máy CNC, vị trí của dụng cụ cắt được điều khiển trong hệ tọa độ nhất định, với độ chính xác được xác định bởi các điểm zero (điểm quy chiếu) đặc biệt Các điểm “0” cùng với các điểm chuẩn được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 2.1: Điểm zero và các điểm chuẩn

Điểm 0 của máy, hay còn gọi là zero máy, là điểm gốc trong hệ thống tọa độ của máy, được quy định bởi nhà sản xuất Đối với hầu hết các máy, zero máy được xác định tại vị trí kết thúc hành trình xa nhất của các bộ phận máy chính trong hệ tọa độ đã cho Từ điểm này, giá trị tọa độ của các điểm điều khiển trong chương trình CNC có thể được xác định Đối với máy phay, zero máy trên bàn được thiết lập theo trục X và Y, trong khi đó, zero máy trên trục chính được xác lập theo trục Z Ngược lại, trên các máy tiện, zero máy của giá lắp dụng cụ được xác định theo các trục X và Z.

Trước khi khởi động máy CNC, việc "trả máy về gốc" (zero máy) là rất quan trọng Vị trí zero máy thường được xác định tại điểm thay dụng cụ cắt Do đó, nếu có kế hoạch thay dụng cụ trước khi bắt đầu nguyên công, cần định vị máy ở zero máy cho trục Z trên máy đứng và trục Y trên máy ngang.

Work part zero point Điểm 0 của chi tiết là điểm gốc của hệ tọa độ gắn lên chi tiết Do người lập trình chọn và xác định

Trong các trung tâm tiện, điểm zero chi tiết theo hướng trục Z thường nằm ở mặt trước của chi tiết gia công, trong khi đường tâm trục chính được xác định là zero chi tiết theo hướng trục X.

Trên các trung tâm gia công, zero chi tiết thường được đặt ở gốc chi tiết gia công hoặc thẳng hàng với gốc của chi tiết gia công

Việc áp dụng zero chi tiết mang lại sự thuận tiện cho lập trình viên, vì các giá trị X, Y và Z trong chương trình có thể được lấy trực tiếp từ bản vẽ.

Program zero point Chuẩn thảo chương trình Dùng làm gốc tọa độ trong quá trình soạn thảo chương trình

Do người lập trình chọn và xác định

References point Các điểm chuẩn của máy, có khoảng cách xác định so với điểm 0 của máy và được đánh dấu trên các bàn trượt

Do nhà sản xuất quy định

Các dạng điều khiển

Gia công theo các tọa độ xác định đơn giản

Dụng cụ thực hiện chạy dao nhanh không cắt gọt đến các điểm lập trình Khi đạt đến điểm đích dao bắt đầu cắt gọt

Tùy vào hệ điều khiển, các trục có thể hoạt động theo hai cách: chuyển động kế tiếp nhau hoặc chuyển động đồng thời mà không cần mối quan hệ hàm số, đồng thời có thể di chuyển theo hành trình ngắn nhất.

Dùng cho các lỗ bằng phương pháp khoan, khoét, doa, taro ren

Hình 2.7: Điều khiển theo điểm

Tạo ra các đường chạy song song với các trục của máy với dao cắt gọt tạo nên bề mặt gia công

Hình 2.8: Điều khiển theo đường

2.5.3 Điều khiển theo đường viền

Tạo ra các đường bất kỳ trong không gian

Tùy thuộc vào số trục được điều khiển đồng thời mà có thể phân thành : điều khiển 2D, 2 1/2D , 3D, 4D, 5D …

Cho phép gia công một đường cong phẳng hay đường thẳng trong mặt phẳng X-Y

Trục thứ 3 (trục Z) được điều khiển độc lập với hai trục X và Y, nghĩa là khi hai trục này di chuyển, trục Z sẽ không thay đổi vị trí Ngoài ra, trục Z cũng có thể được điều khiển bằng tay thông qua một động cơ dẫn động riêng biệt, nhưng không bị điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm.

Hình 2.9: Điều khiển tạo hình 2D

Máy có khả năng gia công đường cong trong ba mặt phẳng tọa độ XY, XZ và ZX bằng cách xoay trục chính vuông góc với các mặt phẳng này Hệ điều khiển của máy cũng có khả năng chuyển đổi mặt phẳng nội suy đường cong giữa mặt X-Y và hai mặt phẳng còn lại.

Để thực hiện nội suy một đường viền trong mặt phẳng, người dùng có thể chọn giữa các mặt phẳng XY, YZ hoặc ZX, tùy thuộc vào việc khai báo mặt phẳng nội suy trong chương trình thông qua các lệnh G17, G18 hoặc G19.

Trục thứ 3 được điều khiển độc lập với 2 trục trên

Hình 2.10: Điều khiển tạo hình 2D 1/2

Mũi dao có khả năng di chuyển theo đường cong trong không gian, cho phép điều khiển 3D gia công các bề mặt cong Tuy nhiên, phương pháp này gặp phải hai hạn chế: một là vết nhấp nhô lớn xuất hiện khi gia công các bề mặt cong với độ cong lớn, và hai là việc sử dụng dao phay ngón đầu phẳng không thể đạt được độ chính xác cao.

Không gia công được các mặt tạo các hốc kiểu hàm ếch, hoặc các bề mặt như mặt cách tua bin và một số bề mặt khác

Cho phép đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y, Z Cả 3 trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc hàm số

Trong điều khiển 3D đã tích hợp trong đó điều khiển điểm, đường, 2D

Hình 2.11: Điều khiển tạo hình 3D

2.5.3.4 Điều khiển tạo hình 4D và 5D

Ngoài các trục tịnh tiến X, Y và Z, hệ thống còn tích hợp các trục quay điều khiển số Nhờ vào công nghệ điều khiển 4D và 5D, việc gia công các chi tiết phức tạp như khuôn rèn dập, khuôn đúc áp lực và cánh tuabin trở nên dễ dàng và chính xác hơn.

Hình 2.12: Điều khiển tạo hình 4D và 5D

Nội suy trong điều khiển số CNC

Nội suy là phương pháp tạo dữ liệu vị trí để điều chỉnh các trục từ các block dữ liệu do bộ thông dịch tạo ra, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của hệ điều khiển Bài viết này giới thiệu các loại nội suy khác nhau, đồng thời nêu rõ ưu điểm và nhược điểm của từng loại.

Mỗi máy CNC thường có ít nhất 2 trục điều khiển để gia công các hình dáng phức tạp Có hai phương pháp điều khiển dịch chuyển dụng cụ cắt, bao gồm “điểm đến điểm” và theo đường Để thực hiện các phương pháp này, chuyển động của dụng cụ cắt cần được phân chia thành các thành phần theo các trục.

Khi dụng cụ cắt di chuyển từ điểm 𝑃1 đến 𝑃2 với vận tốc 𝑉𝑓 trong mặt phẳng XY, bộ nội suy sẽ chia quãng đường thành các thành phần dịch chuyển theo trục X và Y với tốc độ đã được xác định Cuối cùng, tốc độ dịch chuyển 𝑉1 và 𝑉2 cho cả hai trục X và Y sẽ được tính toán Điều này cho thấy rằng 𝑉2 lớn hơn 𝑉1, vì sự chênh lệch giữa các tọa độ Y lớn hơn sự chênh lệch giữa các tọa độ X.

Bộ nội suy cần đáp ứng các yêu cầu quan trọng để tính toán chính xác các vị trí trung gian và tốc độ dịch chuyển của các trục Điều này dựa trên dữ liệu hình dáng của đường cần gia công và tốc độ ăn dao, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình gia công.

- Dữ liệu từ bộ nội suy phải trùng với hình dáng (đường) cần gia công

Bộ nội suy cần xem xét giới hạn tốc độ dựa trên cấu trúc máy và đặc tính động cơ servo khi tính toán vận tốc.

Để đảm bảo hình dáng gia công trùng khớp với lệnh vị trí trong chương trình gia công, cần tránh sai số tích lũy trong quá trình nội suy.

Nếu phân chia nội suy theo loại đường cần nội suy, hiện nay người ta dùng các phương pháp nội suy sau:

- Nội suy thẳng dùng để gia công các đường thẳng đi qua các điểm

- Nội suy tròn dùng để gia công cung tròn hoặc các đường tròn khép kín

- Nội suy xoắn ốc dùng để gia công ren hoặc gia công các rãnh xoắn ốc

Nội suy bậc 2, bậc 3, Paraboloid, Hyperboloid và Spline là những kỹ thuật quan trọng trong công nghệ chế tạo các chi tiết phức tạp, đặc biệt là trong ngành hàng không và ô tô, nơi chúng được sử dụng để thiết kế các bộ phận như khung máy bay, khuôn dập và vỏ ô tô.

Các phương pháp nội suy trong điều khiển máy CNC: thẳng, tròn, xoắn ốc, Parapol, hypepol, spline, bậc 3 …

Bộ nội suy được chia thành hai loại chính: nội suy phần cứng và nội suy phần mềm Nội suy phần cứng bao gồm các thiết bị điện tử sử dụng trước khi công nghệ CNC ra đời Hiện nay, nội suy phần mềm trở thành phương pháp phổ biến trong các hệ thống CNC, phát triển từ khái niệm nội suy phần cứng, vốn chỉ áp dụng cho các hệ thống điều khiển đơn giản.

Quá trình gia công trên máy CNC

- Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết

- Thiết kế qũy đạo cắt

- Lập chương trình điều khiển

- Kiểm tra chương trình điều khiển

Hệ tọa độ tuyệt đối và hệ tọa độ số gia

Khi lập trình theo hệ tọa độ tuyệt đối, mọi tọa độ đều được xác định từ một điểm cố định, gọi là gốc của hệ tọa độ.

Lập trình theo hệ tọa độ số gia là quá trình xác định quỹ đạo di chuyển của dụng cụ cắt từ vị trí hiện tại đến vị trí tiếp theo, dựa trên hướng của tất cả các trục Chiều chuyển động được xác định bằng dấu (+) hoặc (-).

Định dạng chương trình

Mỗi chương trình bao gồm các lệnh điều khiển quỹ đạo của dụng cụ cắt, được tổ chức thành nhiều khối thông tin, phân tách bằng ký hiệu chấm phẩy (;), ký tự này được sử dụng để kết thúc khối Mỗi khối có thể chứa một hoặc nhiều từ (mã) chương trình.

Từ Từ Từ Từ Từ

N02 G01 X3.5 Y5.55 F8.0 Mỗi từ chứa một địa chỉ, theo sau là dữ liệu cụ thể: Địa chỉ Dữ liệu Địa chỉ Dữ liệu Địa chỉ Dữ liệu

Danh sách tất cả các địa chỉ mẫu tự có thể áp dụng trong lập trình và các giải thích tóm tắt đối với mỗi địa chỉ:

Bảng 2.2: Danh sách các địa chỉ mẫu tự

Các ký tự địa chỉ

A Trục quay bổ sung song song và gần trục X

B Trục quay bổ sung song song và gần trục Y

C Trục quay bổ sung song song và gần trục Z

D Số bù bán kính dụng cụ

E Ký tự macro người dùng

H Số bù chiều dài dụng cụ

I Tọa độ X theo số gia của tâm vòng tròn hoặc tham số của chu kỳ cố định

J Tọa độ Y theo số gia của tâm vòng tròn

K Tọa độ Z theo số gia của tâm vòng tròn

L Số lần lặp lại (chương trình con, mẫu lỗ)

Số nhóm bù cố định

N Chuỗi thứ tự hoặc số khối (block)

P Thời gian tạm ngưng, số chương trình, số thự tự của chương trình con

(tiện), và số thứ tự khởi đầu chu kỳ lặp

Q Chiều sâu cắt, chuyển đổi chu kỳ đóng hộp

(Tiện) Kết thúc số thự tự của chu kỳ lặp

R Điểm R đối với các chu trình đóng hộp, giá trị trở về điểm quy chiếu Bán kính cung tròn

Giá trị dịch chuyển góc đối với sự quay hệ tọa độ

S Hàm tốc độ trục chính

U Trục tuyến tính bổ sung song song với trục X

V Trục tuyến tính bổ sung song song với trục Y

W Trục tuyến tính bổ sung song song với trục Z

Những ký hiện thông dụng trong chương trình

- Dấu trừ, sử dụng cho các giá trị âm

/ Gạch chéo, sử dụng cho hàm bỏ qua khối (block)

% Dấu phần trăm, ở đầu và cuối chương trình chỉ dùng cho truyền thông () Ngoặc đơn, sử dụng cho các chú thích trong chương trình

: Chỉ định số chương trình

Chấm thập phân, chỉ định phần số lẻ

Công nghệ CAD/CAM – CNC

2.10.1 Tổng quan về CAD/CAM

Cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đã nổi lên như một lĩnh vực đột phá trong thiết kế và chế tạo sản phẩm công nghiệp CAD, viết tắt của thiết kế trợ giúp bằng máy tính, và CAM, sản xuất với sự trợ giúp của máy tính, khi kết hợp với nhau đã tạo ra một công nghệ cao, liên kết giữa cơ khí, tin học, điện tử và tự động hóa Sự phát triển của khoa học máy tính đã thúc đẩy CAD/CAM trở thành công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế trong quá trình sáng tạo và sản xuất sản phẩm.

CAD/CAM là lĩnh vực nghiên cứu phát triển hệ thống tự động thiết kế và chế tạo sản phẩm thông qua máy tính điện tử Tự động hóa trong chế tạo bao gồm việc sử dụng máy tính để lập kế hoạch, điều khiển quy trình sản xuất, quản lý quá trình cắt gọt kim loại và kiểm tra các công đoạn gia công.

CAD/CAM kết nối chặt chẽ giữa thiết kế và chế tạo, hai hoạt động thường được coi là tách biệt Tự động hóa thiết kế sử dụng hệ thống và công nghệ tính toán để hỗ trợ kỹ sư trong việc mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế Các công cụ bao gồm máy tính điện tử và máy vẽ, trong khi phần mềm lập trình giúp đảm bảo giao tiếp hiệu quả với máy vẽ và thực hiện các chức năng thiết kế.

Hệ thống CAD/CAM là sản phẩm của CIM (Computer Integrated Manufacturing), được quản lý qua cơ sở dữ liệu trung tâm Hệ thống này hỗ trợ lập kế hoạch, biểu đồ và cung cấp thông tin cần thiết để đảm bảo thực hiện mục tiêu sản xuất của nhà máy Mô hình hệ thống được thể hiện trong hình 2.13.

Hình 2.14: Mô hình hệ thống CAD/CAM

Bảng 2.3: Giải nghĩa các từ trong mô hình hệ thống CAD/CAM

CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử (MTĐT)

CAE Computer Aided Engineering Phân tích kỹ thuật với sự trợ giúp của MTĐT

CAPP Computer Aided Process Planing Lập phương án chế tạo với sự trợ giúp của MTĐT

CAM Computer Aided Manufacturing Chế tạo với sự trợ giúp của

CNC Computer Numerical Control Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số

CAQ Computer Aided Quality Control Kiểm tra chất lượng với sự trợ giúp của máy tính MRPII Manufacturing Resources Planning Hoạch định nguồn lực sản xuất

PP Production Planning Lập kế hoạch sản xuất

2.10.2 Định nghĩa CAD/CAM a Định nghĩa CAD Để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh cần thực hiện hai công đoạn chính là thiết kế và chế tạo Ở công đoạn thiết kế trên cơ sở thu thập thông tin, xử lý số liệu và kết hợp với khả năng sang tạo người thiết kế phân tích toàn bộ tập hợp các phương án thiết kế tối ưu Đối với sản phẩm có cấu trúc phức tạp, đòi hỏi những chỉ tiêu cao về thông số kỹ thuật cũng như kinh tế, để đạt được giải pháp tối ưu, trong nhiều trường hợp công việc thiết kế và chế tạo không thể thực hiện một cách hoàn chỉnh bởi những phương pháp và công cụ thông thường

Thiết kế hỗ trợ bởi máy tính điện tử (CAD) là ứng dụng hiệu quả của công nghệ thông tin và điện tử trong lĩnh vực thiết kế, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Quá trình thiết kế bao gồm việc xác định và mô tả các giải pháp kỹ thuật đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế, được chia thành 6 giai đoạn chính.

- Lập tài liệu kỹ thuật tự động từ mô hình đã được thiết kế

Hình 2.15: Quá trình thiết kế

Việc áp dụng công nghệ tin học và điện tử trong thiết kế có thể được chia thành bốn giai đoạn chính, giúp nâng cao hiệu quả và tính chính xác trong quá trình thiết kế.

Mô hình hóa hình học sử dụng hệ thống CAD để phát triển các mô tả toán học cho các vật thể hình học Những mô hình này được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, cho phép người dùng hiển thị hình ảnh của chúng trên các thiết bị đồ họa và thực hiện các thao tác dựng hình hiệu quả.

Sau giai đoạn thiết kế mô phỏng hình học, việc tính toán kỹ thuật là cần thiết để phân tích và đảm bảo tính chính xác của các đối tượng thiết kế Mô hình hình học và vật thể hình học cần được xem xét kỹ lưỡng để đáp ứng yêu cầu chất lượng và hiệu suất.

Xây dựng nhiệm vụ thiết kế

Lập tài liệu thiết kế yêu cầu bảo đảm các thông số kỹ thuật chính xác Quá trình này bao gồm việc tính toán và phân tích kỹ thuật, được thực hiện thông qua các phần mềm chuyên dụng.

Lập tài liệu kỹ thuật tự động là quy trình thể hiện kết quả thiết kế, bao gồm việc tự động tạo các hình chiếu và bản vẽ kỹ thuật, cùng với việc ghi kích thước cho mô hình 3D đã được thiết kế Định nghĩa CAM (Computer-Aided Manufacturing) liên quan đến việc sử dụng phần mềm để điều khiển máy móc trong quá trình sản xuất.

Quy trình sản xuất hiện đại ngày nay được hỗ trợ bởi máy tính điện tử, cho phép lập kế hoạch và điều khiển sản xuất hiệu quả Hệ thống CAM ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, như được minh họa trong hình 2.16.

Hình 2.16: Sơ đồ các lĩnh vực ứng dụng trong hệ CAM

Cơ sở dữ liệu công nghệ

Tiêu chuẩn hóa các nguyên công

Sắp xếp dây truyền sản xuất

Dự tính giá thành sản phẩm

Lập kế hoạch sản xuất Điều khiển chất lượng sản phẩm Điều khiển xưởng

Giám sát và điều khiển các quá trình sản xuất, bao gồm việc quản lý máy CNC và NC, kho vật tư và công cụ, cũng như điều khiển tay máy người và các thiết bị vận chuyển.

CAM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT LẬP KẾ HOẠCH

Lập kế hoạch sản xuất được thực hiện ở văn phòng cho các công việc cụ thể sau đây:

Tự động hóa thiết kế quy trình công nghệ là việc hình thành các trình tự nguyên công để gia công chi tiết cụ thể Để thực hiện điều này, cần có dữ liệu về hình học cùng với các thông số công nghệ như thông số kỹ thuật của máy, dao cắt, gá lắp, chế độ cắt và tiêu chuẩn hóa các nguyên công.

GIỚI THIỆU TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC DMU 85

Giới thiệu chung

Trung tâm gia công DMU-85, do hãng DMG MORI sản xuất, là một trong những thiết bị gia công hiện đại nhất hiện nay Sử dụng phần mềm TNC, DMU-85 được chế tạo với công nghệ tiên tiến, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn chất lượng, đặc tính kỹ thuật và tiêu chuẩn an toàn quốc tế.

Trung tâm gia công DMU-85 có thể thỏa mãn được các yêu cầu gia công cũng như vận hành một cách chính xác an toàn và hiệu quả

Hình 3.1: Trung tâm gia công DMU 85

Phạm vi sử dụng

Trong những năm gần đây, trên toàn cầu và tại Việt Nam, đã xuất hiện nhiều trung tâm gia công CNC với các chức năng đa dạng Trung tâm gia công DMU-85 nổi bật với những chức năng chính như: gia công chính xác, khả năng xử lý linh hoạt và hiệu suất cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp chế tạo.

- Phay bề mặt phức tạp

- Khoan và doa theo tọa độ.

Thông số kỹ thuật

Bảng thông số kỹ thuật của thiết bị được trình bày trong các bảng sau:

Bảng 3.1: Thông số bàn làm việc

No Description Unit Main technical specification

II Table/Clamping surface / Tools

Bảng 3.2: Thông số trục chính và ổ chứa dao

2.3 Diameter (free neighbouring pockets) mm 160

2.9 Diameter (free adjacent Pocket) mm 160

Chuyển động của các trục

Các trục được sắp xếp theo ISO 841

Hình 3.2: Vị trí các trục trong máy DMU 85

Bảng 3.4: Chức năng các trục

Principle axes Rotary axes Parallel axes

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC DMU 85 ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ

Giới thiệu sản phẩm mẫu siêu âm

Trong lĩnh vực dầu khí, Vietsovpetro sản xuất nhiều sản phẩm đặc thù, bao gồm các cấu kiện lớn như chân đế giàn khoan ngoài biển và hệ thống đường ống Nam Côn Sơn dẫn khí về bờ Để đảm bảo chất lượng và tuân thủ tiêu chuẩn, các sản phẩm phải được kiểm tra bằng phương pháp không phá hủy (NDT) NDT đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm và có thể áp dụng trong tất cả các giai đoạn chế tạo.

Có nhiều phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) như kiểm tra bằng mắt (VT), kiểm tra bằng chất thấm lỏng (PT), kiểm tra bằng bột từ (MT), kiểm tra bằng dòng điện xoáy (ET), kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ (RT) và kiểm tra bằng siêu âm (UT) Trong số đó, phương pháp kiểm tra siêu âm (UT) được ưa chuộng nhất trong việc phát hiện khuyết tật ở các mối hàn của công trình chân đế giàn khoan, bình áp lực và đường ống dẫn khí ngầm dưới biển, nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.

- Với độ nhạy cao cho phép phát hiện được các khuyết tật nhỏ

- Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng 6-7 m sâu bên trong khối thép) cho phép kiểm tra các tiết diện rất dày

- Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật

- Cho phép kiểm tra nhanh và tự động

Kiểm tra siêu âm UT cho phép phát hiện và đánh giá khuyết tật trong mối hàn chỉ từ một phía, điều này đòi hỏi phải thu thập thông tin đầy đủ trước khi kiểm tra Việc xác định vị trí và kích thước chính xác của mối hàn là cần thiết, bên cạnh đó, xây dựng đường chuẩn DAC cũng đóng vai trò quan trọng trong ngành dầu khí.

Đường DAC là tiêu chuẩn quan trọng trong việc đánh giá chất lượng mối hàn thông qua phản hồi từ sóng siêu âm khi gặp khuyết tật Khi sóng siêu âm phát hiện các khiếm khuyết như rỗ khí, không ngấu, cháy cạnh, hay nứt, chúng sẽ tạo ra các xung hiển thị trên màn hình thiết bị Những xung này được so sánh với chuẩn DAC để xác định tình trạng khuyết tật của mối hàn, từ đó quyết định liệu mối hàn cần được loại bỏ hay chấp nhận, và đưa ra phương án khắc phục cho những mối hàn không đạt yêu cầu.

Việc kiểm tra khuyết tật mối hàn trong các công trình dầu khí có ý nghĩa kinh tế to lớn và ảnh hưởng trực tiếp đến sự tồn tại của công ty Một sai sót nhỏ trong quá trình kiểm tra có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, như rò rỉ hệ thống đường ống, gây ô nhiễm môi trường, cháy nổ và nhiều hệ lụy khác.

Đường DAC được phát triển dựa trên kích thước của mẫu chuẩn, mẫu này có tính chất vật liệu tương tự như vật liệu sử dụng trong công trình Trong ngành dầu khí, các dự án xây dựng thường tiêu tốn một lượng lớn vật tư, vì vậy việc sử dụng một mẫu siêu âm có khả năng kiểm tra các mối hàn với vật tư tương tự như mẫu siêu âm là rất cần thiết.

Trên màn hình thiết bị kiểm tra siêu âm, đường H đại diện cho đường chuẩn DAC được xây dựng từ mẫu siêu âm đơn giản Khi kiểm tra khuyết tật mối hàn, hình dạng, chiều cao và các thông số hiển thị cho phép xác định loại khuyết tật như không ngấu, không thấu, nứt, rỗ khí hay cháy cạnh Ngoài ra, thiết bị cũng giúp xác định vị trí và kích thước khuyết tật trong mối hàn, từ đó có thể đánh giá và chấp nhận mối hàn dựa trên tiêu chuẩn cho phép.

Hình 4.1: Đường DAC để đối chiếu đánh giá khuyết tật

Việc xây dựng đường chuẩn DAC trong ngành dầu khí đóng vai trò quan trọng, vì vậy việc gia công chế tạo mẫu siêu âm cần được thực hiện cẩn thận Các kích thước và giá trị dung sai trên bản vẽ phải được chế tạo chính xác và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng yêu cầu.

- Phôi gia công là một phần của ống được sử dụng cho việc rải ống ngầm dẫn khí về bờ

- Các kính thước được tạo trên bề mặt cong phía trong và phía ngoài của ống

- Các lỗ được chế tạo nghiêng với đường sinh của ống các góc 20°, 25°, 45°

- Các rãnh trên bề mặt cong phía trong và phía ngoài có chiều sâu cố định trên suốt chiều dài

- Các kích thước đối xứng qua đường tâm của phôi

- Lỗ nghiêng có đường kính nhỏ D = 1,5 mm, D = 2,4 mm, chiều sâu lớn nhất L7,4 mm và tất cả các lỗ đều là đáy bằng

- Rãnh nghiêng có góc vát 60°

Với những đặc điểm đã nêu, việc chế tạo trên máy vạn năng là không khả thi Do đó, việc gia công mẫu siêu âm trên máy CNC 5 trục trở nên cần thiết.

Xây dựng quy trình tính toán tham số cắt gọt

Bản vẽ thiết kế tổng thể mẫu siêu âm (xem hình 4.2)

Hình 4.2: Bản vẽ thiết kế tổng thể mẫu siêu âm

4.1.2 Quy trình công nghệ a Định vị và kẹp chặt chi tiết

Phôi có kích thước đường kính D = 273 mm, chiều dày t = 18.3 mm, chiều cao

Dựa vào bản vẽ thiết kế và hình dạng phôi, để thực hiện gia công trên máy CNC sử dụng phương pháp hai lần gá đặt (xem hình 4.3)

Hình 4.3.a-Định vị theo mặt B Hình 4.3.b-Định vị theo mặt A

Hình 4.3: Sơ đồ định vị và kẹp chặt b Trình tự gia công

 Bước 1: Định vị theo mặt B (xem hình 4.3.a) gia công các kích thước tại các mặt cắt được trình bày ở bảng 4.1

Bảng 4.1: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt

- Nguyên công 1: Phay mồi để mở lỗ các lỗ xiên D = 2 mm

Tại các mặt cắt: A-A, C-C, D-D, E-E, F-F, G-G, G1-G1, sử dụng dao có đường kính D = 2 mm Đồng thời vẫn sử dụng dao D = 2 mm, phay đạt thước tại mặt cắt I-I

- Nguyên công 2: Khoan, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm

Tại các mặt cắt: A-A, C-C, D-D, E-E, G-G, G1-G1 khoan để lượng dư cho nguyên công sau 0,7-1 mm, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm

- Nguyên công 3: Khoan lỗ đáy bằng cắt phần lượng dư gia công của nguyên công trước cho các mặt cắt A-A, C-C, D-D, E-E, G-G, G1-G1, sử dụng mũi khoan đáy bằng D = 2,4 mm

- Nguyên công 4: Phay mở lỗ K-K, L-L, sử dụng dao phay D = 1,5 mm

- Nguyên công 5: Khoan lỗ D = 1,5 mm tại mặt cắt K-K, L-L

- Nguyên công 6: Khoan lỗ đáy bằng D = 1,5 mm tại mặt cắt K-K, L-L

 Bước 2: Định vị theo mặt A (xem hình 4.3.b) gia công các kích thước tại các mặt cắt được trình bày ở bảng 4.2 và 4.3

- Nguyên công 1: Phay mồi để mở lỗ các lỗ xiên D = 2 mm

Tại các mặt cắt: Z-Z, X-X, V-V, U-U, T-T, S-S, S1-S1, sử dụng dao có đường kính

D = 2 mm Đồng thời vẫn sử dụng dao D = 2 mm, phay đạt thước tại mặt cắt Q-Q

- Nguyên công 2: Khoan, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm

Tại các mặt cắt: Z-Z, X-X, V-V, U-U, T-T, S-S, S1-S1, khoan để lượng dư cho nguyên công sau 0,7-1 mm, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm

- Nguyên công 3: Khoan lỗ đáy bằng cắt phần lượng dư gia công của nguyên công trước cho các mặt cắt Z-Z, X-X, V-V, U-U, T-T, S-S, S1-S1, sử dụng mũi khoan đáy bằng D = 2,4 mm

- Nguyên công 4: Phay mở lỗ O-O, N-N, sử dụng dao phay D = 1,5 mm

- Nguyên công 5: Khoan lỗ D = 1,5 mm tại mặt cắt O-O, N-N

- Nguyên công 6: Khoan lỗ đáy bằng D = 1,5 mm tại mặt cắt O-O, N-N

- Các nguyên công tiếp theo gia công cho các kích thước tại các mặt cắt phía trong của ống

Bảng 4.3: Bảng thông số các kích thước phía trong tại mặt cắt

Mặt định vị A A A A A A c Tính toán các thông số cắt gọt

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào các nguyên công gia công chủ yếu như phay và khoan Cụ thể, chúng tôi sẽ tính toán các thông số cắt gọt khi gia công lỗ có đường kính D = 2,4 mm tại mặt cắt C-C.

Các hệ số tra bảng tính toán trong phần này được lấy từ sách “Chế độ cắt gia công cơ khí”

Bản vẽ thiết kế tại mặt cắt C-C

Hình 4.4: Mặt cắt C-C Để gia công các kích thước tại mặt cắt C-C, gồm các nguyên công sau

Dùng dao phay ngón D = 2 mm để phay mở lỗ nghiêng

Vật liệu gia công với 𝜎 𝑏𝑝 = 61-80 kG/𝑚𝑚 2

Chọn dao phay ngón, loại dao phay cacbit nguyên khối:

Chọn chiều sâu cắt t = 2 mm

Theo bảng 6-5: 𝑆 𝑧 = 0,16 − 0.2 mm/răng (lượng chạy dao trên một răng) Chọn 𝑆 𝑧 = 0,2

- Vận tốc cắt theo công thức

Số vòng quay trong một phút của dao:

3,14.2 = 2896 vòng/phút Tốc độ cắt thực tế là: 𝑉 𝑡 = 1000 𝜋𝐷𝑛 =3,14.2.4000

 Nguyên công 2: Khoan các lỗ nghiêng với mũi khoan D 2.4

Từ bảng 8-3 (phụ lục 2), chiều sâu khoan I = 37,4 > 7D = 16,8 mm, do đó chọn

Lượng chạy dao là: S = 0,12.0,75 = 0,09 mm/vòng

Theo bảng (7-1 và 8-1) (phụ lục 2): 𝐾 𝑛 𝑣 = 𝐾 𝑢 𝑣 = 1

Số vòng quay trục chính

Tốc độ cắt thực tế là: 𝑉 𝑡 = 𝜋𝐷𝑛

Nguyên công 3 thực hiện khoan đáy bằng mũi khoan có đường kính D = 2,4 mm, được mài bằng Trong trường hợp này, do chiều sâu khoan nhỏ, hệ số 𝐾 𝑙𝑠 không ảnh hưởng đến quá trình khoan.

- Lượng chạy dao S = 0,12 mm/vòng

Số vòng quay trục chính

Tốc độ cắt thực tế là: 𝑉 𝑡 = 1000 𝜋𝐷𝑛 =3,14.2,4.1000

1000 = 7,54𝑚/𝑝ℎú𝑡 Tương tự tính toán các thông số cắt gọt khác tại các mặt cắt của chi tiết.

Lập trình và cắt thử

Sau khi đã thiết lập quy trình công nghệ và tính toán các tham số cắt gọt, tiến hành lập trình và cắt thử trên máy

Sử dụng Solid Work xây dựng mô hình 3D

Sử dụng phầm mềm SolidCam cài đặt các thông số cắt gọt theo trình tự gia công trong phần 4.12/b và mô phỏng quá trình gia công

Hình 4.5: Cài đặt các thông số trong SolidCam

4.2.2 Gá đặt chi tiết trên máy và cắt thử

Hình 4.6: Gá đặt và chế tạo

Kiểm tra thông số cắt gọt

Bản vẽ yêu cầu các kích thước có dung sai ±0,1 mm

Các kích thước đối xừng ±0,1 mm

- Sử dụng thước cặp: Kiểm tra các kích thước dài, rộng, chiều sâu của rãnh

- Sử dụng dưỡng đo lỗ: kiểm tra các kích thước đường kính

- Sử dụng dưỡng đo góc kiểm tra các kích thước góc

- Sử dụng thiết bị siêu âm kiểm tra chiều sâu của các lỗ đáy bằng và các tính chất đối xứng của các kích thước trên lỗ xiên

Sau khi tiến hành với các phương pháp kiểm tra như phần 4.2.1 thì cho kết quả như sau:

- Kích thước các đường kính: Đạt

- Chiều rộng, chiều sâu các rãnh: Đạt

Các tính chất hình học của mẫu siêu âm, bao gồm kích thước đối xứng và chiều sâu của các lỗ đáy, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của đường DAC Do đó, việc kiểm tra các kích thước này bằng thiết bị siêu âm là rất quan trọng Trong quá trình kiểm tra siêu âm, một số kích thước không đạt yêu cầu cần được lưu ý.

- Tính chất đối xứng của các kích thước qua tâm: Không đạt

- Chiều sâu đáy lỗ bằng của một số lỗ không đạt so với kích thước thiết kế

4.3.3 Nhận xét và đưa ra phương án mới

Mặc dù máy CNC 5 trục có đầu dò nhạy và khả năng gia công chính xác, nhưng vẫn có vấn đề về kích thước không đạt, chủ yếu do tính chất đối xứng của các kích thước Do đó, việc định vị và chọn chuẩn gia công như hình 4.2.a và 4.2.b có thể dẫn đến kết quả gia công không chính xác.

Kích thước chiều sâu lỗ không đạt yêu cầu cao nhất thường do hiện tượng mòn dao gây ra Để khắc phục các nhược điểm này, cần áp dụng các phương án cải tiến hiệu quả.

- Chọn lại chuẩn sao cho chuẩn phôi trùng với chuẩn gia công Sử dụng 2 lần gá để gia công các kích thước phía ngoài và phía trong

Trong quá trình gia công lỗ nghiêng, việc kiểm tra độ mài mòn của dao là rất quan trọng để đảm bảo rằng chiều sâu của các lỗ khoan đạt yêu cầu dung sai thiết kế Điều này giúp đảm bảo đáy bằng của lỗ khoan đạt kích thước chính xác.

Lập trình và chạy lại

4.4.1 Định vị và kẹp chặt chi tiết Để đảm bảo gia công các kích thước phía ngoài đối xứng qua đường tâm, do đó chọn chuẩn gia công và chuẩn phôi được trình bày ở hình 4.7 Đối với các kích thước phía trong, chuẩn gia công và chuẩn phôi được trình bày ở hình 4.8

Chuẩn phôi khi gia công kích thước ngoài

Chuẩn phôi khi gia công kích thước trong

 Bước 1: Gia công các kích thước lỗ và rãnh tại các mặt cắt phía ngoài

Phay mồi để mở các lỗ xiên sử dụng dao có đường kính D = 2 mm, đồng thời vẫn sử dụng dao D = 2 mm để phay đạt kích thước tại mặt cắt I-I và Q-Q.

Thay dao phay ngón D = 1,5 mm phay mở các rãnh:

Thay dao phay ngón D = 1 mm, gia công rãnh tại mặt cắt P-P

- Phay xuống chiều sâu 1,1 mm với chiều dài 15 mm

- Góc 60°: Mài mũi dao, sử dụng dưỡng đo dao trước khi gá lắp vào ổ dao

Khoan các lỗ có đường kính 2,4 mm tại các mặt cắt, đảm bảo chiều sâu khoan đạt kích thước yêu cầu Phần dư cắt gọt tại đầu mũi khoan sẽ được gia công tiếp trong nguyên công sau.

Thay dao mũi khoan đáy có đường kính D = 2,4 mm nhằm cắt gọt phần dư do nguyên công trước để lại tại các mặt cắt.

Khoan các lỗ có đường kính D = 2 mm tại các mặt cắt A-A và Z-Z

Bảng 4.9: Thông số mặt cắt A-A, Z-Z

Khoan các lỗ có đường kính D = 1.5 mm tại các mặt cắt Trong nguyên công này, chiều sâu khoan được thực hiện đúng theo kích thước yêu cầu, trong khi phần dư cắt gọt ở đầu mũi khoan sẽ được xử lý tiếp trong nguyên công sau.

Bảng 4.10: Thông số mặt cắt K-K, L-L, N-N, O-O

Thay dao mũi khoan đáy bằng có đường kính D = 1,5 mm cắt gọt phần lượng dư cắt gọt do nguyên công 6 để lại tại các mặt cắt ở nguyên công trước

 Bước 2: Gia công các kích thước lỗ và rãnh tại các mặt cắt phía trong

Bảng 4.11: Bảng thông số các kích thước phía trong tại mặt cắt

Các lỗ và rãnh tại các mặt cắt có góc 20° và 90° có chiều sâu ngắn, do đó quá trình gia công chỉ cần sử dụng nguyên công phay với các đường kính dao khác nhau.

Sử dụng dao có đường kính D = 2,4 mm phay lỗ tại mặt cắt B-B và Y-Y

Sử dụng dao có đường kính D = 1,5 mm phay lỗ tại mặt cắt H-H và R-R

Sử dụng dao có đường kính D = 1 mm phay lỗ tại mặt cắt J-J

- Phay xuống chiều sâu 1,1 mm với chiều dài 15 mm

- Góc 60°: Mài mũi dao, sử dụng dưỡng đo dao trước khi gá lắp vào ổ dao

Sử dụng dao có đường kính D = 2 mm phay lỗ tại mặt cắt M-M

4.4.3 Sử dụng phần mềm mô phỏng gia công chi tiết Để tiến hành mô phỏng trên SolidCam, trước hết người dùng phải hiểu biết về phần mềm SoldCam và các thiết lập cơ bản trong SolidCam Part:

- Coordinate System: Khai báo hệ toạ độ lập trình

- Stock and Target model: Khai báo phôi và sản phẩm

Trong SolidCAM, một operation là bước gia công quan trọng, bao gồm các thông số về công nghệ, dụng cụ và phương pháp cắt Điều này tổng quát là việc lựa chọn các phương án gia công liên quan đến dao cụ và quỹ đạo của dụng cụ cắt.

- Geomerty: Khai báo chọn gốc lập trình và lựa chọn vùng gia công…

- Tool: Lựa chọn dụng cụ gia công, các thông số tốc độ cắt, tiến dao

- Level: Lựa chọn khoảng rút dao an toàn, chiều cao bắt đầu gia công, độ sâu cần gia công

- Technology: lựa chọn các phương án gia công thô,tinh,bán tinh, kiểu chạy dao và chiều chạy dao

- Link: Kiểu vào dao, xuống dao sau khi bắt đầu lớp cắt mới (sau khi kết thúc stepdown)

Các bước thực hiện với SolidCam sẽ được tóm tắt theo trình tự gia công đã lập ở nội dung 4.5.2 Phần này sẽ trình bày một số bước quan trọng trong phần mềm SolidCam để gia công chi tiết mẫu siêu âm.

 Bước 1: Khởi động môi trường Cam, đưa chi tiết vào môi trường gia công Vào Milling để bắt đầu các thiết lập các thông số

Hình 4.13: Đưa chi tiết vào môi trường SolidCam

 Bước 2: Chọn máy, chọn phôi, chọn chuẩn W

Trong Milling Part chọn chọn máy gia công, định nghĩa phôi và chọn chuẩn gia công

Hình 4.14: Chọn máy, chọn phôi, chọn chuẩn W

 Bước 3: Thiết lập các thông số cắt gọt và các thông số khác

Tại mặt cắt C-C: Nguyên công phay mở lỗ

- Chọn dao có đường kính D = 2 mm và khai báo các thông số khác của dao (xem hình 4.15)

Hình 4.15: Chọn dao tại mặt cắt

Sau khi hoàn tất việc thiết lập các thông số tại mặt cắt C-C, hãy sao chép các đặc tính này và áp dụng cho các kích thước tại các mặt cắt sử dụng dao có đường kính D = 2 mm (xem hình 4.16).

Tương tự khai báo các thông số cắt tại các mặt cắt có đường kính dao D = 1,5 mm và D = 1 mm

Hình 4.16: Khai báo thông số tại các mặt cắt

 Bước 4: Mô phỏng quá trình chạy dao và gia công

Tại bước này, chọn tất cả các mặt phẳng đã hoàn tất khai báo, vào Simulate để mô phỏng (xem hình 4.17, 4.18)

Hình 4.17: Vào Simulate để bắt đầu mô phỏng

Hình 4.18: Mô phỏng quá trình chạy dao

 Bước 5: Xuất lệnh NC và kiểm tra một số thông số cắt gọt

- Chọn tất cả các bề mặt đã khai báo vào GCode, Generate, đặt tên file và xuất mã chương trình gia công (xem hình 4.19)

Hình 4.19: Xuất chương trình gia công

- Chương trình gia công (xem hình 4.20 và 4.21): trên dòng số 26 hiển thị thông số cho cả 5 trục

Hình 4.20: Mã lệnh NC khai báo và bắt đầu gia công phay trong

Hình 4.21: Kết thúc chương trình gia công phay trong

4.4.4 Gia công chi tiết trên máy

Gia công các kích thước phía ngoài

Hình 4.22: Gia công các rãnh ngoài trên máy

4.4.5 Kiểm tra kích thước a Các dụng cụ kiểm tra kích thước

- Đối với các kích thước như chiều sâu rãnh, chiều dài rãnh: dùng thước cặp, thước đo sâu

- Đối với các kích thước như đường kính lỗ, chiều sâu lỗ: dùng dưỡng đo lỗ để xác định đường kính

- Đối với kích thước góc: sử dụng dưỡng đo góc

Để kiểm tra kích thước chiều sâu lỗ và xác định tính đối xứng của các lỗ xiên, việc sử dụng thiết bị siêu âm là rất quan trọng Phương pháp kiểm tra kích thước bằng siêu âm đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong việc đánh giá các đặc điểm này.

Phương pháp kiểm tra siêu âm được mô tả trong hình 4.23 là kỹ thuật kiểm tra bằng tay, nhưng trong thực tế, thiết bị siêu âm tự động với hai đầu dò đặt đối xứng thường được sử dụng Các đầu dò này liên kết với màn hình máy tính để lưu trữ và xử lý dữ liệu hiệu quả.

Khi chọn thiết bị siêu âm, cần lựa chọn đầu dò và chất tiếp âm phù hợp, sau đó cài đặt máy và điều chỉnh các thông số hiển thị theo góc độ của lỗ kiểm tra Ví dụ, với lỗ có góc 25°, sử dụng đầu dò siêu âm có góc 65° để quét Di chuyển đầu dò trong phạm vi dò quét, các tín hiệu nhận được sẽ hiển thị kết quả trên màn hình Ghi lại các kết quả trên mặt cắt C-C và di chuyển đầu dò đến vị trí đã đánh dấu trên mặt cắt X-X, sau đó so sánh kích thước tại hai mặt cắt để kiểm tra tính đối xứng.

Hình 4.23: Phương pháp kiểm tra kích thước bằng thiết bị siêu âm

Tương tự với các kích thước khác, lấy dấu và dịch chuyển dầu dò, ghi nhận các c Kiểm tra kích thước bằng thiết bị siêu âm

Kết quả hiển thị trên màn hình thiết bị siêu âm cho thấy phản hồi xung lớn nhất khi gặp đáy bằng của lỗ tại mặt cắt C-C, với giá trị phản hồi cho kích thước Da= 14,64 mm Đây là chiều sâu tính từ bề mặt ngoài của mẫu tới vị trí tâm lỗ tại đáy bằng của mặt cắt C-C So với giá trị 14,7 mm tại mặt cắt C-C, sai lệch kích thước là 0,06 mm, nằm trong giới hạn dung sai cho phép Tiếp theo, đầu dò sẽ được chuyển sang vị trí khác để kiểm tra kích thước tại mặt cắt X-.

X, cho giá trị hiển thị Da,73 mm Giá trị này đạt yêu cầu

Giá trị tại mặt cắt C-C

Giá trị tại mặt cắt X-X

Kiểm tra kích thước bằng thiết bị siêu âm là một bước quan trọng để đảm bảo các kích thước gia công đạt yêu cầu thiết kế Tương tự, cần tiến hành kiểm tra tại các vị trí khác để xác nhận tính chính xác của các kích thước này.

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	5,24 MB