tối ưu chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm crg-arm-door-link trên máy trung tâm gia công cnc makino s33 đảm bảo thời gian gia công nhỏ nhất

--- NGUYỄN THÁI HOÀ TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO S33 ĐẢM BẢO THỜI GIAN GIA CÔNG NHỎ NHẤT CHUYÊN

-

NGUYỄN THÁI HOÀ

TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO S33 ĐẢM BẢO THỜI GIAN GIA CÔNG NHỎ

NHẤT

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

PGS.TS Nguyễn Phú Hoa Nguyễn Thái Hoà

KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN

Thái Nguyên, 2011

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong Luận văn là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Phú Hoa Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Thái Hòa

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin được cảm ơn PGS.TS Nguyễn Phú Hoa, Phó Viện

TrưởngViện Nghiên cứu phát triển Công nghệ cao về Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, thầy hướng dẫn và định hướng đề tài, sự hướng dẫntận tình của Thầy trong việc tiếp cận và khai thác tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình làm luận văn

Tôi bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô giáo trong Khoa sau đại học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình học và viết luận văn

Xin trân thành cảm ơn các đồng chí lãnh đạo công ty TNHH Nippo

Mechatronics Việt Nam Khu công nghiệp Nội Bài-Sóc Sơn Hà Nội đã ủng hộ về tinh thần và tạo điều kiện cho tôi về thời gian để tôi có thể hoàn thành bản luận văn của mình

Tôi xin cảm ơn ban quản đốc phân xưởng gia công khuôn mẫu của công ty, đồng chí Linh Ngọc Hải- trưởng phòng gia công khuôn mẫu vè sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi tiến hành thí nghiệm tại phòng gia công khuôn

Tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn các bạn đồng nghiệp và gia đình đã ủng hộ động viên tôi trong quá trình làm luận văn

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được sự dóng gopd ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học

MỤC LỤC Trang

Lời cam đoan 1

Lời cảm ơn 2

Mục lục 3

Danh mục các ký hiệu chính 5

Danh mục các sơ đồ, bảng biểu 6

PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài 9

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 10

4 Phương pháp nghiên cứu 10

Chương I : MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO S33VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR -LINK 11

1.1 Máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 11

1.1.1 Thông số kỹ thuật cơ bản máy CNC MAKINO S33 14

1.1.2 Các chuyển động của máy 14

1.1.3 Phần mềm điều khiển và quá trình tạo một chương trình gia công

Công nghệ gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR -LINK 16

1.2.1 Các chuyển động của máy khi gia công lòng khuôn 17

1.2.2 Thao tác xây dựng, chạy chương trình gia công lòng khuôn 17

1.2.3 Chế độ cắt của quá trình phay lòng khuôn 14

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT VÀ PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO S33 28

2.1 Lý thuyết chung về tối ưu hóa chế độ cắt 28

2.2 Cơ sở lý thuyết tối ưu chế độ cắt khi phay phay 45

Chương 3: XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO 50

3.1 Xây dựng bài toán tối ưu chế độ cắt khi phay 50

3.2 Giải bài toán tối ưu chế độ cắt phay 58

Chương 4: KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO VÀ KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 76

4.1.1 Kết quả ứng dụng thực tiễn 76

4.1.2 1.2 Hiệu quả của tối ưu hóa chế độ cắt 80

4.2 Kết luận, kiến nghị 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

ndao Tốc độ quay của đầu dao phay V/phút

b Chiều rộng rãnh cắt dao tạo thành Mm

Pz Lực cắt tiếp tuyến của đầu dao phay KG

[Nc] Công suất cắt cho phép của đầu dao phay KW

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU

1 Hình1.1 Máy trung tâm gia công Makino S33 13

2 Hình1.2 Hình ảnh khuôn ép nhựa chi tiết CRG ARM DOOR

3 Hình1.3 Hình ảnh bản vẽ và chi tiết nhựa CRG ARM DOOR

5 Hình 1.5 Các trục tọa độ và phương chiều chuyển động 16

6 Hình 1.6 Phần mềm điều khiển chương trình chuy ển động 16

8 Hình 1.8 Dao cắt để gia công lòng khuôn 18

10 Hình 1.10 Nhập các thông số gia công lòng khuôn 19

11 Hình 1.11 Màn hình hiển thị khi thực hiện thao tác đưa tâm dao

cắt vào tâm chi tiết gia công để phay lòng khuôn 21

12 Hình 1.12 Màn hình hiển thị khi chạy chương trình cắt lòng

13 Hình 1.13 Cách lắp chi tiết gia công 24

14 Hình 1.14 Tọa độ chi tiết khi gia công lòng khuôn 25

16 Hình 2.2 Quá trình xác định điểm topt, Sopt 44

17 Hình 2.3

Sơ đồ cắt khi gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33

50

21 Hình 3.3 Bản vẽ khuôn CRG Arm Door Link 59

22 Hình 3.4 Sơ đồ phân bố lƣợng dƣ gia công lòng khuôn ép

nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK 59

23 Hình 3.5 Sơ đồ lƣợng dƣ gia công khi gia công lòng khuôn ở

28 Hình 4.3 Lựa chọn file chạy MS-06 NCD 77

29 Hình 4.4 Màn hình hiển thị sau khi thực hiện các thao tác 77

33 Hình 4.7 Lòng khuôn sau khi gia công 80

34 Hình 4.8 Quá trình thử khuôn sản phẩm nhựa CRG ARM

DOOR trên máy ép nhựa FANUC SE100 81

35 Hình 4.9

Quá trình đo kích thước sản phẩm nhựa CRG ARM DOOR LINK trên máy đo Quick Scope được đúc trên khuôn sau gia công

82

36 Hình 4.10 Kết quả đánh giá OK của khách hàng Canon về chi

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, vật liệu nhựa đang dần thay thế các vật liệu truyền thống khác như sắt,

nhôm, gỗ để trở thành vật liệu phổ biến và chuyên dụng trong tất cả các nghành từ công nghiệp nhẹ đến công nghiệp nặng và công nghiệp hàng không vũ trụ Có được những bước phát triẻn đó là do nó có nhiều tính năng và ưu điểm vượt trội so với các vật liệu khác như khả năng dễ tạo hình, dễ gia công, nhẹ,vật liệu dễ kiếm, có độ bền và dẻo dai, chống được các va đập, chịu được ăn mòn về hoá học hay ôxi hoá

do môi trường, có khả năng cách điện, cách nhiệt vv và đặc biệt là có khả năng tái chế, tái sử dụng được nhiều lần [17] Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nghành gia công ép nhựa cũng không ngừng phát triển và hiện nay đang là một trong những nghành công nghiệp tiềm năng Trong khoảng gần 10 năm trở lại đây, sự chuyển giao công nghệ, kỹ thuật tiên tiến từ các công ty, tập đoàn nước ngoài vào nước ta ngày càng mạnh mẽ và không ngừng gia tăng càng làm tăng thêm tốc độ phát triển của lĩnh vực gia công ép nhựa của nước ta

Để đáp ứng được yêu cầu của nghành ép nhựa thì công việc gia công khuôn mẫu

ép nhựa cũng luôn luôn phát triển nhằm chế tạo ra các khuôn ép nhựa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật với giá thành rẻ nhất Muốn đảm bảo được vấn đề đó thì việc gia công khuôn (nhất là gia công lòng khuôn) phải được thực hiện với chế độ cắt tối ưu [2]

Xuất phát từ đòi hỏi thực tế đó, em mạnh dạn chọn đề tài “Tối ưu chế độ cắt

khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC Makino S33 đảm bảo thời gian gia công nhỏ nhất” để

nghiên cứu Chi tiết CRG-ARM-DOOR-LINK là một chi tiết có chức năng như lẫy đóng mở cửa của phần thân máy in laser của hãng Canon được gia công bằng phương pháp ép nhựa trên khuôn đúc CRG-ARM-DOOR-LINK Khuôn đúc CRG-ARM-DOOR-LINK được gia công và chế tạo tại trung tâm gia công khuôn của công ty liên doanh với Nhật Bản là công ty TNHH Nippo Mechatronics Việt Nam (Khu công nghiệp Nội Bài) Khuôn này có 4 khoang (cavity) để đúc ra 4 sản phẩm

giống nhau trong cùng một lần đúc Việc gia công 4 phần khoang (hay lòng khuôn)

là như nhau và chủ yếu được thực hiện phay trên máy trung tâm gia công (20 đầu dao) CNC MAKINO S33của hãng Makino Nhật Bản [16] Hiên nay quá trình gia công phay với chế độ cắt chưa được tối ưu Việc nghiên cứu tối ưu chế độ cắt khi phay lòng khuôn là một bài toán có tính khả thi nhằm giảm thời gian gia công, giảm chi phí gia công sẽ đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Mục đích, đối tượng nghiên cứu của đề tài là tối ưu chế độ cắt của phương pháp gia công phay trên trung tâm gia công CNC MAKINO S33với phạm vi là bộ

2 thông số (S, V) nhằm đạt mục tiêu là thời gian gia công nhỏ nhất

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Góp phần phát triển lý thuyết tối ưu hóa chế độ cắt, ứng dụng tối ưu hóa chế

độ cắt khi phay trên máy phay điều khiển số để gia công sản phẩm có bề mặt phức tạp

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu được ứng dụng trực tiếp vào trong việc gia công khuôn mẫu để ép ra chi tiết CRG-ARM-DOOR-LINK và các chi tiết thuộc họ ARM DOOR có hình dáng kết cấu tương tự của công ty TNHH Nippo Mechatronics đem lại hiệu quả kinh tế - thực tiễn cho công ty

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp cả phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tại phòng gia công khuôn mẫu của công ty Nippo

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

MACHINE TRAVERSE RATES

TABLE/PALLET

Maximum Work Size on Table 850x500x450 mm x mm x mm

SPINDLE HEAD 12,000 rpm (standard)

Spindle Oil Cooling System Jacket cooling

SPINDLE HEAD 20,000 rpm (optional)

Spindle Oil Cooling System Core cooling

Hình1.1: Máy trung tâm gia công Makino S33

Hình1.2: Hình ảnh bản vẽ khuôn ép nhựa chi tiết CRG ARM DOOR LINK

Hình1.3: Hình ảnh bản vẽ và chi tiết nhựa CRG ARM DOOR LINK

máy

Hình1.4: Hình các chuyển động của máy

Khi lập trình, chi tiết coi nhƣ đứng yên còn dụng cụ cắt thì di chuyển so với chi tiết gia công

P3

P4

Ví dụ:

P1 X = 80 Y = 40 P2 X = -80 Y = 70 P3 X = -50 Y = -40 P4 X = 40 Y = -70

X

Y Z

P1 X = 30 Y = 2 Z = 0

1.1.2.c Hệ toạ độ cực

1.1.2.d Các trục trên máy trung tâm gia công Makino S33

Hình 1.5: Các trục tọa độ và phương chiều chuyển động

1.1.2.e Hệ thống truyền động của máy

Ngoài chuyển động dọc theo các trục X,Y và Z còn có thể đièu khiển các chuyển động quay quanh mỗi trục Các chuyển động quay này có thể điều khiển và đƣợc gọi

là các trục A,B hay C

1.1.3 Phần mềm điều khiển và quá trình tạo một chương trình gia công trên máy trung tâm gia công CNC S33

Hình 1.6: Phần mềm điều khiển chương trình gia công (SI4000

FANUC)

Máy có 3 chuyển động dùng động cơ servo cụ thể như hình vẽ 1.6

1.2 Công nghệ gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm LINK

CRG-ARM-DOOR-1.2.1 Các chuyển động của máy khi gia công lòng khuôn

Chuyển động cắt là chuyển động theo phương trục “Y” và “Z” dùng câu lệnh

“G01”

Đầu dao di chuyển đến toạ độ điểm 0 (Base point) sau đó di chuyển theo toạ

độ “X”,và “Y” và “Z” đê thực hiện hành trình cắt theo lệnh đã lập sẵn

Hình 1.7: Nguyên lý cắt lòng khuôn

1.2.2 Thao tác xây dựng, chạy chương trình gia công lòng khuôn

1.2.2.1 Các bước khởi động hệ thống:

- Bước 1.1: Bật công tắc nguồn của tủ điện

- Bước 1.2: Bật khóa nguồn trên bàn máy và chờ máy tính khởi động xong

- Bước 1.3: Kích chuột vào nút “Start” trên màn hình

- Bước 1.4: Kích chuột vào biểu tượng của chương trình “SI4000”

- Bước 1.5: Nhà nút “Emergent” trên bàn điều khiển

- Bước 1.6: Ấn tổ hợp phín Ctrl + R khởi động lại hệ thống CNC

- Bước 1.7: Đưa các trục tọa độ về điểm chuẩn bằng cách:

+ Kích chuột vào biểu tượng “Manual”

+ Chọn vào biểu tưởng “traverse to to reference point”

+ Đưa các trục tọa độ “Y” và “Z” về điểm chuẩn bằng cách:

+ Ấn nút khởi động CNC các trục sẽ tự động dịch chuyển về vị trí 0

1.2.2.2 Cách cài đặt thông số lòng khuôn trên máy và các yêu cầu:

- Bước 2.1: Lựa chọn Manual openration

- Bước 2.2: Lựa chọn Move continuous

- Bước 2.3: Đưa chuột vào trục Y

- Bước 2.4: Cài đặt thông số lòng khuôn

- Bước 2.5: Căn chỉnh tâm lòng khuôn

- Bước 2.6: Chuẩn bị dao, trục dao, bạc tỳ

- Bước 2.7: Mài dao

Hình 1.8: Dao cắt để gia công lòng khuôn

- Bước 2.8: Lắp dao, kiểm tra độ dài của dao và bề mặt của dao

+ Chọn đường kính trục dao d<2R

+ Độ dài từ tâm trục dao đến mũi dao (r):r=1/2d+R+h (d: đường kính trục dao, R: bán kính rãnh gia công, h: chiều sâu lòng khuôn)

Hình 1.9: Cách lắp đặt dụng cụ

1.2.2.3 Cách tạo file chương trình:

Vào phần mềm SI4000, kích đúp chuột vào biểu tượng MAKING PROGRAM để tạo file chương trình, nhập các thông số gia công lòng khuôn (ví dụ

có các thông số gia công lòng khuôn như hình 1.8)

Hình 1.10: Nhập các thông số gia công lòng khuôn

Chú ý:

+ Nhập tên chương trình chính: Ví dụ CRGARM2011

+ Nếu gia công không bỏ rãnh: Nhập tất cả các rãnh là dấu “/” vào ô trống + Nhập các giá trị tham số của trục và các tham số của máy

Thứ tự các bước thực hiện:

- Bước 3.1: Vào biểu tượng phần mềm SI4000

- Bước 3.2: Tải tự động các file chương trình Kích đúp chuột vào biểu tượng MAKING PROGRAM

- Bước 3.3: Nhập các tham số cho trục và các tham số cho máy

- Bước 3.4: Vào chương trình chính (Ví dụ CRGARM2011)

- Bước 3.5: Ấn biểu tượng “Making program” chương trình tự động đặt tên

chương trình chính có tên CRGARM2011, ghi trong bộ nhớ D:\NC\DATA của máy tính

- Bước 3.6: Vào phần mềm SI4000

- Bước 3.7: Lựa chọn “Data”

- Bước 3.8: Lựa chọn file chạy

- Bước 3.9: Lựa chọn file (như CRGARM2011) từ thư mục D:\NC\DATA” vào hệ thống CNC

- Bước 3.9: Nếu có file trùng tên trong CNC thì trước tiên phải xóa nó theo các bước sau:

1.2.2.4 Đưa tâm dao cắt vào tâm lòng khuôn

Hình 1.11: Màn hình hiển thị khi thực hiện thao tác đưa tâm dao cắt vào tâm chi tiết gia công để phay lòng khuôn

- Bước 4.5: Di chuỷen trục Z quay đảm bảo khoảng cách giữa dao với hai mép của rãnh gia công bằng nhau

- Bước 4.6: Di chuyển trục Z để đầu mũi dao chạm vào mặt khuôn gia công

- Bước 4.7: Di chuyển trục X tiến về phía trước để khoảng cách mũi dao và

bề mặt rãnh một khoảng 0,1÷0,2mm

- Bước 4.8: Quay trục Z để tọa độ Z về “0”

1.2.2.5 Tự động chạy chương trình cắt lòng khuôn:

- Bước 6.1: Lựa chọn “Automatic Function”

- Bước 6.2: Lựa chọn “process 1”

- Bước 6.3: Lựa chọn “single block”

- Bước 6.4: Lựa chọn “au to”

- Bước 6.5: Lựa chọn “program file”

- Bước 6.6: Lựa chọn tên file là “P66” từ CNC

- Bước 6.7: Lựa chọn “Automatic Function”

- Bước 6.8: Lựa chọn “process 1”

- Bước 6.9: Lựa chọn “single block”

Hình 1.12: Màn hình hiển thị khi chạy chương trình cắt lòng khuôn

- Bước 6.10: Nhấn “OK”

- Bước 6.11: Nhấn nút “CNC-start” để chạy chương trình

1.2.2.6 Kiểm tra chạm (tiếp xúc)

- Bước 7.1: Nếu dao không chạm vào mặt khuôn, khi đó dừng máy bằng

- Bước 7.7: Nhấn “CNC-button” để tiếp tục chạy chương trình

- Bước 7.8: Nếu vẫn không chạm làm lại bước 7.1 đến 7.7

1.2.2.8: Khởi động lại chương trình

- Bước 9.1: Khi trục Y hiển thị “0” ấn “Ctrl” + “R” để khởi động lại hệ thống CNC

- Bước 9.2: Đưa trục X và A hiển thị giá trị “0” Xem ở bước 5

- Bước 9.3: Lựa chọn “automatic”

- Bước 9.4: Lựa chọn “process 1”

- Bước 9.5: Lựa chọn “single block”

- Bước 9.6: Lựa chọn “automatic”

- Bước 9.7: Lựa chọn “program file”

- Bước 9.8: Lựa chọn chương trình chính, ví dụ là “CRGARM2011” từ CNC

- Bước 9.9: Lựa chọn “Automatic Function”

- Bước 9.10: Lựa chọn “process 1”

- Bước 9.11: Lựa chọn “single block”

- Bước 9.12: Ấn “OK”

- Bước 9.13: Nhấn nút “CNC-start” để chạy chương trình

- Bước 9.14: Lựa chọn “continuous block”

1.2.3 Cách lắp, tháo và điều chỉnh chuyển chế độ gia công chi tiết:

1.2.3.1: Cách lắp và tháo chi tiết gia công

Trước khi lắp và gia công một sản phẩm khối để gia công lòng khuôn ta phải điều chỉnh và đặt khối (hình vẽ 1.13) đến vị trí thích hợp, do vậy việc đầu tiên

ta phải gá chi tiết thật chắc chắn trên bàn kẹp của máy

Hình 1.13: Cách lắp chi tiết gia công

Dùng đồng hồ đo sự cân bằng của chi tiết gia công số 5 so với máy đến khi đạt được dung sai cho phép thì ta kẹp chặt phôi lại

Sau khi gia công xong chi tiết cần gia công để tháo dỡ sản phẩm ra khỏi máy Vệ sinh sạch sẽ khu vực gia công như phoi, dầu bằng cách dùng súng khí thổi sạch

1.2.3.2 Cách điều chỉnh chuyển chế độ gia công chi tiết

Sự chuyển chế độ giữa gia công theo phương thẳng đứng và gia công theo phương ngang tốc độ cao, sự phối hợp giữa hai kiểu gia công này là điểm nổi bật của máy và chúng ta có thể chọn tự do một trong hai kiểu gia công đó Tuy nhiên ta phải xác định rõ cơ chế làm việc hiện thời của máy và bộ điều khiển CNC trước khi gia công

Nguyên lý cắt lòng khuôn như hình vẽ 1.15 Dao di chuyển theo phương (X,Y) đến điểm toạ độ gốc 0 Sau đó dao sẽ di chuyển đến toạ độ điểm gia công theo toạ độ đã setup trước Dao sẽ di chuyển xuống theo trục Z đến khi chạm

bề mặt chi tiết gia công Lúc này dao bắt đầu thực hiện quá trình cắt theo phương Z với chiều sâu cắt zthô theo cài đặt Sau khi đạt đến chiều sâu cắt quy định thì dao bắt đầu hành trình cắt theo chiều X,Y theo biên dạng chi tiết gia công mà các lệnh G đã lập trình đến khi cắt hết diện tích cần gia công ở lần chạy dao đầu tiên

Hình 1.14: Tọa độ chi tiết khi gia công lòng khuôn

Tóm lại: Để điều chỉnh quá trình gia công đứng ta phải thực hiện các

bước sau:

- Bật bộ điều khiển CNC

- Chọn dao cắt và các phụ tùng phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cần gia công Lắp dao cắt vào chuôi dao và khóa lại sau khi đã điều chỉnh đúng bán

kính của dao Mối quan hệ giữa yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cần gia công và cài đặt Điều chỉnh dao cắt được mô tả như Hình 1.7 (cách lắp đặt dụng cụ)

- Đặt hệ thống ở dạng điều khiển tay (manual), điều chỉnh dao trong mặt phẳng của chi tiết cần gia công Đặt trục chính hướng về mặt của chi tiết gia công nhưng phải giữ một khoảng cách chắc chắn Đặt trục chính trở về vị trí điểm 0 của chúng để kết thúc quá trình phối hợp cho vật cắt

- Nhập dữ liệu và kiểm tra cách vận hành, căn cứ các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cần gia công

- Bật bôi trơn làm nguôi

- Chạy chương trình gia công Trong lúc gia công phải trang bị đầy đủ các dụng cụ bảo hộ lao động cần thiết

- Kết thúc quá trình gia công

Bảng 1.2 Dụng cụ và các phụ kiện cho máy gia công

12 BALL LONG NECK R1x10 45 1 4

1.3 Những vấn đề hạn chế cần nghiên cứu khắc phục

Máy trung tâm gia công Makino S33 của Công ty TNHH Nippo

Mechatronics Việt Nam sử dụng để gia công lòng khuôn ép nhựa để đúc ra các chi tiết nhựa chính xác

Qua quá trình sử dụng Máy gia công Makino S33 tại công ty TNHH Nippo Mechatronics Việt Nam còn gặp nhiều hạn chế, cụ thể khi gia công lòng khuôn CRG Arm Door Link làm bằng vật liệu thép hợp kim STAVAX ( 52 HRC) [3] như sau:

- Năng suất gia công thấp: Bình quân 1 ca (8 giờ) gia công được: (2 cavity) khoang lòng khuôn Một ngày gia công được hoàn chỉnh 1 khuôn (4 cavity) Sản lượng 1 tháng từ 26~28 khuôn Trong khi đó đơn đặt hàng của khách hàng Canon luôn từ 30~40 khuôn/tháng và thường bị delay chậm tiến độ của khách hàng

- Tiêu hao dao cắt và thời gian mài sửa lại nhiều: Bình quân 1 ca (8 giờ) từ 2 đến 3 lần mài sửa lại dao (mỗi lần tháo mài sửa dao và lắp lại bình quân 10÷15 phút)

- Chưa xác định được chính xác bộ thông số chế độ cắt tối ưu (chỉ dựa vào kinh nghiệm của các kỹ thuật viên)

Vấn đề cần nghiên cứu khắc phục: Hiện nay chưa có nghiên cứu nào về tối

ưu chế độ cắt để khắc phục những hạn chế kể trên Vấn đề đặt ra: tối ưu chế độ cắt

khi gia công lòng khuôn CRG Arm Door Link trên máy Makino S33 tại công ty TNHH Nippo Mechatronics Việt Nam đảm bảo thời gian gia công nhỏ nhất (τmmin) Mục đích là để giả bài toán tăng năng suất chế tạo khuôn đẻ hoàn thành đúng thời hạn theo đơn đặt hàng của khách hàng (không bị khách hàng phàn nàn)

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT VÀ PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM- DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO S33 2.1 Lý thuyết chung về tối ưu hoá chế độ cắt:

2.1.1: Các vấn đề chung:

Một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh

tế - kỹ thuật của quá trình chế tạo cơ khí là chế độ cắt phải tối ưu

Tối ưu hóa chế độ cắt là đòi hỏi tất yếu, khách quan của nền sản xuất cơ khí hiện đại, bởi vì:

- Các thiết bị, máy móc càng hiện đại thì có khả năng tự động hóa càng cao

và đắt tiền Việc sử dụng máy móc đắt tiền chỉ có thể đạt được hiệu quả cao khi chế

độ cắt phải tối ưu

- Trong cơ chế kinh tế thị trường, sản phẩm cơ khí đòi hỏi giá thành chế tạo phải rẻ nhất trên cơ sở chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu đề ra Giá thành chế tạo sản phẩm chỉ có thể là nhỏ nhất khi được chế tạo bằng chế độ cắt tối ưu

Tối ưu hóa chế độ cắt thực hiện bằng hai hình thức sau:

- Tối ưu hóa tĩnh là phương pháp xác định các thông số chế độ cắt tối ưu trước khi quá trình cắt gọt diễn ra, thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa mục tiêu tối ưu với hệ thống giới hạn và các mặt kỹ thuật, chất lượng, tổ chức nhà máy Tối ưu hóa trước quá trình cắt gọt dựa trên mô hình tĩnh của quá trình cắt Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là không chú ý tới động lực học của quá trình, nghĩa là không chú ý tới những đặc điểm mang tính ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian Điều này có thể khắc phục phần nào khi có sự điều chỉnh lại trong thực tế

- Tối ưu hóa trong quá trình cắt gọt (tối ưu hóa động) dựa trên mô hình động của quá trình cắt gọt, do đó có xét tới các đặc điểm mang tính ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian Tối ưu hóa động thì các thông số chế độ cắt được điều chỉnh tự động ngay cả trong quá trình cắt So với tối ưu hóa tĩnh, tối ưu hóa động giải quyết các vấn đề triệt để nhưng cũng phức tạo hơn rất nhiều, bởi lẽ tối ưu hóa động gắn với đo lường tích cực, điều khiển thích nghi và kỹ thuật tự động hóa

Hiệu quả của phương pháp tối ưu hóa phụ thuộc vào mức độ chính xác của

mô hình thí nghiệm so với quá trình cắt thực và mức độ chính xác của mô hình toán học được xây dựng để khảo sát đối tượng trong quá trình nghiên cứu Muốn tối ưu hóa quá trình gia công thì vấn đề được giải quyết càng nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình gia công thì vấn đề được giải quyết càng toàn diện và triệt để Nhưng về mặt toán học thì quá trình nghiên cứu càng phức tạp thì càng khó áp dụng vào sản xuất Ngược lại nếu bỏ qua nhiều yếu tố ảnh hưởng thì kết quả thu được không chính xác Do đó, cần giới hạn bài toán sao cho thích hợp Ngoài ra hiệu quả của phương pháp tối ưu hóa cũng còn phụ thuộc mức độ chính xác và ổn định của dụng

cụ đo cũng như phụ thuộc vào kỹ thuật xử lý số liệu

Thực chất phương pháp tối ưu hóa là xây dựng rồi giải bài toán cực trị để xác định được phương án tối ưu hóa cho quá trình nghiên cứu Nhận xét đó cho thấy:

- Tối ưu hóa là một phương pháp, một công cụ cho các nhà nghiên cứu kinh

tế kỹ thuật

- Tối ưu hóa gắn liền với mô hình hóa Hay nói một cách khác, mô hình hóa

là bước thứ nhất của tối ưu hóa

Công việc đầu tiên của bài toán tối ưu hóa là xây dựng hàm mục tiêu Hàm mục tiêu khi thiết kế tối ưu quá trình cắt gọt mô tả quan hệ giữa chỉ tiêu tối ưu với các thông số cần tối ưu

Chỉ tiêu tối ưu (còn gọi là mục tiêu tối ưu) phải là các chỉ tiêu kinh tế được xây dựng trên cơ sở giá thành và thời gian gia công, thường được chọn với các đại lượng sau:

- Chi phí gia công tính cho một đơn vị sản phẩm -> thấp nhất

- Thời gian gia công cho một chi tiết -> thấp nhất

- Tỷ lệ giữa chi phí gia công và thời gian gia công -> thấp nhất

- Số lượng sản phẩm trong một đơn vị thời gian -> cao nhất

- Tiền lãi -> cao nhất

- Độ chính xác đạt được -> cao nhất

- Độ bóng bề mặt đạt được -> cao nhất

Trong các chỉ tiêu trên thì chỉ tiêu về chi phí gia công thấp nhất

có vai trò quan trọng nhất Bởi vì xét cho đến cùng giá thành chế tạo thấp nhất trên cơ sở đảm bảo chất lượng, các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công sẽ quyết định tính cạnh tranh của sản phẩm trong cơ chế kinh tế thị trường

Tối ưu hóa chế độ cắt về thực chất là tìm giá trị các thông số của chế độ cắt (t,S,V) trên cơ sở đạt được mục tiêu tối ưu cực trị thỏa mãn các hệ ràng buộc về kinh tế - kỹ thuật khi gia công cắt gọt

Theo [7], muốn tối ưu hóa chế độ cắt gọt cầ n phải dựa vào các mối quan hệ kinh tế kỹ thuật được thiết lập dựa trên bản chất vật lý của quá trình cắt và đặc trưng từng bước, từng nguyên công cắt gọt

Các mô hình toán học mô tả quan hệ giữa lực cắt, tuổi bền dụng

cụ với các thông số công nghệ cần tối ưu là cơ sở thực hiện tối ưu hóa quá trình cắt gọt

Cơ sở kinh tế - kỹ thuật có ý nghĩa quan trọng khi tối ưu hóa quá trình cắt gọt Bởi vì xét cho đến cùng thì trong sản xuất cơ khí nói chung, quá trình cắt gọt nói riêng đều phải đạt được hiệu quả kinh t ế, nhất là trong cơ chế thị trường Cơ sở kinh tế kỹ thuật quyết định ta tối ưu hóa cài gì, tối ưu hóa như thế nào?

Tối ưu hóa chế độ cắt về thực chất là tìm giá trị các thông số của chế độ cắt trên cơ sở đạt được mục tiêu tối ưu cực trị thỏa mãn các hệ ràng buộc về kinh tế - k ỹ thuật khi gia công cắt gọt

Để xây dựng bài toán tối ưu chế độ cắt, phải giải quyết các vấn đề sau:

- Xuất phát từ chỉ tiêu tối ưu, ta xâ y dựng hàm mục tiêu để từ đó xác định được giá trị cực trị của bài toán

- Xuất phát từ các điề u kiện gia công, ta xâ y dựng các hàm giới hạn để lập miền xác định của các hàm mục tiêu tức là miền chứa điểm

mà hàm mục tiêu có cực trị, còn gọi là điều kiện biên

Đối với các phương pháp gia công cắt gọt khác nhau thì các thông số công nghệ cần tối ưu là khác nhau: các phương pháp tiện, phay, bào thì các thông số công nghệ cần tối ưu là tốc độ cắt (V), chiêu sâu cắt (t), bước tiến dao (S); với phương pháp mài tiến đá hướng kinh thì thông số công nghệ cần tối ưu là lượng tiến đá hướng kính Sn,.v.v

Cần đặc biệt chú ý khi tối ưu hóa chế độ cắt đối với bước gia công tính và bước gia công thô, bán tinh Khi gia công tinh thì yêu cầu rất quan trọng là độ chính xác gia công và độ bóng đạt được vì vậy yêu cầu chiều dày lớp kim loại được cắt bỏ là không quan trọn g Ngược lại khi gia công thô, bán tinh (còn được gọi là các bước gia công trung gian) thì lượng kim loại được cắt bỏ trong một đơn vị thời gian là rất quan trọng, vì vậy chiều dày lớp kim loại được cắt bỏ trong một đơn vị thời gian là rất quan trọng, vì v ậy chiều dày lớp kim loại được cắt bỏ là cần đạt lớn nhất trong điều kiện gia công trung gian) thì lượng kim loại được cắt bỏ trong một đơn vị thời gian là rất quan trọng, vì vậy chiều dày lớp kim loại được cắt bỏ là cần đạt lớn nhất

trong điều kiện gia công có thể chịu đựng được, có như vậy thì mới đảm bảo năng suất gia công là cao nhất, chi phí gia công là nhỏ nhất

Qua sự phân tích này thì đối với bước gia công tinh có thể không cần tối ưu thông số chiều sâu cắt, mà chiều sâu cắt được xác định sao cho phù hợp với phương pháp gia công đã chọn ở phương pháp gia công tinh đảm bảo quá trình cắt xảy ra (không bị trượt) Như vậy, chỉ cần tối ưu 2 thông số là lượng chạy dao (S) và vận tốc cắt (V)

Còn đối với các bước gia công thô, bán tinh thì ta cần tối ưu cả 3 thông số là chiều sâu cắt (t), lượng chạy dao (S) và vận tốc cắt (V)

Các thông số công nghệ cần tối ưu được xác định trên các điều kiện gia công cụ thể như:

- Phương tiện gia công gồm má y, dao, đồ gá,trang bị công nghệ

- Phôi liệu gia công: vật liệu, h ình dáng, kích thước

- Sản phẩm cần đạt: độ chính xác kích thước, độ chính xác hình học, độ chính xác vị trị tương quan, độ nhám về mặt.v.v

2.1.2 Hàm mục tiêu - Chỉ tiêu tối ưu:

Hàm mục tiêu tổng quát có dạng:

Y=f(x) (2.1)

Trong đó:

+ Y - chỉ tiêu tối ưu – chính là các đại lượng ra

+ x- các thông số cần công nghệ tối ưu – chính là các đại lượng vào

Giới hạn về nghiên cứu:

Các đại lượng vào: bộ thông số chế độ cắt S,V,t

Đại lượng ra (mục tiêu tối ưu), các chỉ tiêu về kinh tế như

+ Năng suất -> max (hay thời gian gia công là nhỏ nhất)

+ Giá thành -> min

+ Lợi nhuận -> max

Các chỉ tiêu về kỹ thuật như: độ chính xác, chất lượng bề mặt.v.v

Khi xây dựng các hàm mục tiêu và ràng buộc cần lưu ý các điểm sau:

- Các hàm đó phải phù hợp với phương pháp gia công cắt gọt cụ thể mà ta nghiên cứu

- Các hàm đó phải đơn giản, thuận cho việc giải bài toán tối ưu trên máy tính

2.1.3 Giới hạn và hệ ràng buộc:

Điều kiện biên tạo ra quan hệ giữa điều kiện gia công và các thông

số công nghệ tối ưu Các điều kiện biên còn gọi là các giới hạn, từ đó cho ta xác định miền của các thông số công nghệ

Các điều kiện biên được xây dựng từ các giới hạn kỹ thuật của phương tiện gia công và nhiệm vụ gia công như:

* Giới hạn làm việc của các bộ phận trong hệ thống công nghệ:

- Công suất cho phép

- Mômen cho phép

- Số vòng quay lớn nhất, nhỏ nhất của máy

- Lực kẹp cho phép của cơ cấu kẹp phôi hoặc dao kẹp phôi…

* Giới hạn về chất lượng chi tiết cần đạt được khi g ia công như độ chính xác về hình dạng, kích thước, vị trí tương quan cũng như độ nhám của bề mặt

Đồng thời khi xây dựng hệ thống giới hạn cũng cần quan tâm đến các đại lượng đặc trưng của quá trình cắt (hình học, động học, động lực học, quá trình mòn các dụng cụ.v.v ) cũng như các mối quan hệ của các

đại lượng khác như lực cắt, công suất cắt, tuổi bền dụng cụ cắt.v.v với các thông số công nghệ tối ưu

Khi khảo sát hàm chi phí gia công C=C( S ,V ,t) chỉ khảo sát những điểm nằm trong miền xác định của các thông số công nghệ mà tại đó đạt

C = Cmi n mới là lời giải của bài toán tối ưu thông số của chế độ cắt gọt

Đây là những nguyên tắc cơ bản mang tính chất chung khi nghiên cứu, xây dựng và giải bài toán tối ưu về chế độ cắt, về tất cả các phương pháp gia công Khi xác định chế độ cắt, về tất cả các phương pháp gia công Khi xác định chế độ cắt cho một phương pháp gia công nào đó, cần phải phân tích tỉ mỉ và xây dựng mô hình toán học rõ ràng thì mới giải bài toán tối ưu được

Hiện nay có nhiều phương pháp xác định chế độ cắt tối ưu như: phương pháp quy hoạch tuyến tính, phương pháp toán đồ, phương pháp

đồ thị, phương pháp GRAPH, phương pháp thực nghiệm, phương pháp đại số…

Bản chất các phương pháp khác nhau là ở việc xây dựng hàm mục tiêu chi phí gia công C chứa các thông số cần tối ưu và phương thức khảo sát

2.1.4 Tối ưu chế độ cắt bằng phương pháp quy hoạch tuyến tính

Xác định chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp qui hoạch tuyến tính của các phương pháp gia công có dạng chung là:

Hàm mục tiêu phụ thuộc các phương pháp gia công khác nhau

Hệ phương trình ràng buộc phụ thuộc vào phương pháp gia công khác nhau và điều kiện gia công (máy, dụng cụ cắt,…)

Dùng phương pháp toán qui hoạch tuyến tính để giải bài toán tối ưu trên tìm ra bộ giá trị các thông số tối ưu

Ta hãy xét trường hợp tối ưu chế độ cắt của phương pháp tiện Do phương pháp tiện là phương pháp gia công cơ bản, nhiều quá trình nghiên cứu

về phương pháp cắt gọt cũng bắt đầu từ việc nghiên cứu đối với phương pháp tiện trên cơ sở đó mà phát triển nghiên cứu các phương pháp cắt gọt khác

Bởi vậy mà giải bài toán tối ưu các thông số chế độ cắt khi tiện mang tính cơ sở để từ đó phát triển và giải các bài toán tối ưu các thông số chế độ cắt của các phương pháp cắt gọt khác

*) Hàm mục tiêu của bài toán tối ưu các thông số chế độ cắt khi tiện: Xây dựng hàm mục tiêu chi phí gia công của phương pháp tiện được căn cứ vào công thức chi phí gia công từ công thức:

60

) 100 1 ( [ ) 100 1 ( )

1 (

)

dt dt md md

md

C R C

t

R C

t n

G G

C0- Lương công nhân đứng máy theo giờ (đồng/giờ);

R- Tỉ lệ chi phí phụ trong phân xưởng gia công, tính theo C0;

CM- Chi phí khấu hao máy (đồng/giờ)

n- Số lần thay dao;

Gd- Giá tiền 1 con dao khi chưa gia công (đồng);

Gt- Giá tiền 1 con dao khi đã dùng để gia công tồi (đồng);\

tmd - Thời gian mài dao (đồng/giờ);

Cmd- Lương công nhân mài dao (đồng/giờ);

Rmd- Tỷ lệ % cho phí phụ phân xưởng dụng cụ tính theo Cmd;

ttd - Thời gian thay dao và điều chỉnh máy (phút);

Ctd- Lương công nhân thay dao, điều chỉnh máy (đồng/giờ);

Rtd- Tỷ lệ % chi phí phụ khi thay dao tính theo Ctd;

Pkh- Khấu hao thiết bị ứng với thời gian thay dao và điều chỉnh máy (đồng/giờ)

Đặt:

K1 =

60

) 100 1 ( 60

1 (

)

td td md md

md td

t

C t

R C

t n

G G

L K n S

L

 (2.8) Đặt: K’1 = K1.tpm/tm

Qua đó ta thấy chi phí gia công nhỏ nhất khi tích n.S lớn nhất, nên hàm mục của toán tối ưu chế độ cắt là: n.S-> max (2.9)

*) Xây dựng hệ các phương trình ràng buộc

*) Ràng buộc về công suất cắt gọt cho phép:

Để đơn giản ta có thể bỏ qua lực dọc trục và lực hướng tâm Px, Py mà chỉ đề cập tới lực cắt tiếp tuyến Pz khi tính toán điều kiện về công suất cắt cho phép

Để đảm bảo công suất cắt gọt thì công suất máy phải lớn hơn công suất cắt,

=> n.Sypz ≤ xpz

pz pz

s c

t D K C

h N

.

10

6120 3



=> n.Sypz ≤ xpz

pz pz

s c

t D K C

h N

.

10

1950 3

(2.12)

*) Điền kiện cắt gọt kinh tế

Ta xây dựng mối quan hệ giữa tốc độ cắt kinh tế và tuổi bền của dao Từ công thức tính vận tốc cắt:

V = ( / )

ph m S t T

k C yv xv m v

ph m s t T

k C yv xv m v

k C Dn

v v

t D T

k C t

D T

k C

318

1000



 (2.14)

Từ công thức (2.14), ta có quan hệ giữa số vòng quay trên phút và tuổi bền của dụng cụ cắt Trị số tuổi bền dụng cụ cắt ảnh hưởng rất lớn đến giá trị thành gia công

Giả sử với điều kiện cắt bất kỳ nào đó có tuổi bền kinh tế là Tkinh tế thì Tkinh tếphải thỏa mãn điều kiện sau: Tmin ≤ Tkinh tế ≤ Tmax (2.15)

Từ công thức (2.14) ta có:

Tm ≤ yv v v xv

t D S n

k C

.318

(2.16)

Từ (2.15) và (2.16) ta có:

Tmmin ≤ yv v v xv

t D S n

k C

.318

≤ Tm max

Tức là: n.Syv≤ m v v xv

t D T

k C

) (

318 min

(2.17)

n.Syv≤ m v v xv

t D T

k C

) (

318 max

S ra - Lượng chạy dao để đảm bảo đạt được độ bóng yêu cầu

S min, S max - Lượng chạy dao nhỏ nhất và lớn nhất của máy

N min , n max - Vận tốc quay nhỏ nhất và lớn nhất của máy

*) Bài toán tối ưu chế độ cắt

Qua các công thức về hàm mục tiêu và hệ phương trình ràng buộc đã xây dựng ở trên ta lập được bài toán tối ưu chế độ cắt là:

Hàm mục tiêu: n.S => max (2.24)

Hệ phương trình ràng buộc: