tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật tối ưu CHẾ độ cắt KHI GIA CÔNG RÃNH vằn TRỤC cán GANG cầu hợp KIM sản PHẨM d18 TRÊN máy PHAY CNC XK9350FA để THỜI GIAN GIA CÔNG NHỎ NHẤT

BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨĐỀ TÀI: TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI GIA CÔNG RÃNH VẰN TRỤC CÁN GANG CẦU HỢP KIM SẢN PHẨM D18 TRÊN MÁY PHAY CNC XK9350FA ĐỂ THỜI GIAN GIA... Vấn đề đặt ra là: Tố

BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ TÀI:

TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI GIA CÔNG RÃNH VẰN TRỤC CÁN GANG CẦU HỢP KIM SẢN PHẨM D18 TRÊN MÁY PHAY CNC XK9350FA ĐỂ THỜI GIAN GIA

1 Tính cấp thiết của đề tài

Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA [1] nhà máycán thép Lưu Xá, Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên sử dụng

để gia công rãnh vằn trục cán, khắc chữ và tạo lôgô các sản phẩm từD6 đến D50 [2]

Qua quá trình sử dụng Máy gia công rãnh vằn trục cán CNCXK9350FA tại Nhà máy Cán thép Lưu Xá còn gặp nhiều hạn chế, cụthể khi gia công rãnh vằn cho trục cán làm bằng vật liệu Gang cầuHợp kim [3] của sản phẩm thép cán thanh vằn D18 (R=8,4mm;

vằn; Chiều sâu gai: h= 1,2mm; Góc nghiêng: 35o):

được: (67) rãnh

gian: 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)

(không cho kèm theo lý lịch máy): Chiều sâu cắt t, vận tốccắt V

Vấn đề đặt ra: 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 là: Tối ưuchế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sảnphẩm D18 trên máy CNC XK9350FA tại Nhà máy Cán thép Lưu Xá

để đảm bảo thời gian gia công nhỏ nhất (m min)

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

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đánh giá ảnh hưởng của chế

độ cắt đến thời gian gia công khi gia công rãnh vằn trục cán Gangcầu Hợp kim sản phẩm D18 trên máy CNC XK9350FA tại Nhà máy

Cán thép Lưu Xá Qua đó đưa ra được thông số chế độ cắt tối ưu (đềtài tập trung chủ yếu là xác định chiều sâu cắt và vận tốc cắt tối ưu)

để giảm thời gian gia công, nâng cao năng suất cắt, giảm chi phí giacông

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công rãnh vằn trục cánGang cầu Hợp kim sản phẩm D18 trên máy CNC XK9350FA tạiNhà máy Cán thép Lưu Xá Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ gópphần bổ sung cho cơ sở lý thuyết tối ưu chế độ cắt của phương phápgia công rãnh vằn Đồng thời cũng góp phần nâng cao hiệu quả kinh

tế kỹ thuật của Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA tạiNhà máy Cán thép Lưu Xá

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài là xác định được chế độ cắttối ưu khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩmD18 trên Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA; Nhằmgiảm thời gian gia công, nâng cao năng suất cắt, giảm chi phí giáthành gia công sản phẩm trục cán tại Nhà máy Cán thép Lưu Xá -Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Chương 1

MÁY CNC XK9350FA VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNGRÃNH VẰN TRỤC CÁN GANG CẦU HỢP KIM SẢN PHẨM D18

1.1 Tổng quan máy CNC XK9350FA.

1.1.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy CNC XK9350FA.

Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA [1] nhà máycán thép Lưu Xá, Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên sử dụng

để gia công rãnh vằn trục cán, khắc chữ và tạo lôgô các sản phẩm từD6 đến D50 [2]

1.1.2 Các trục toạ độ và phương chiều chuyển động.

Máy có 4 chuyển động dùng động cơ servo và một chuyểnđộng của trục chính đầu khắc chữ dùng động cơ điều chỉnh được tốcđộ

Hình 1.1: Sơ đồ gia công rãnh vằn và khắc chữ

1.2 Công nghệ gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩm D18 hiện nay trên máy phay CNC XK9350FA.

1.2.1 Các chuyển động khi gia công rãnh vằn

1.2.2 Cách khởi động hệ thống CNC và chương trình gia công rãnh vằn

1.2.2.1 Các bước khởi động hệ thống

1.2.2.2 Cách cài đặt thông số trục cán trên máy và các yêu cầu 1.2.2.3 Cách tạo file chương trình

1.2.2.4 Đưa tâm dao cắt vào tâm rãnh gia công

1.2.2.5 Đặt trục X, A về 0 nhưng không cần thiết phải di chuyển trục toạ độ

1.2.2.6 Tự động chạy chương trình cắt rãnh vằn

1.2.2.7 Kiểm tra chạm (tiếp xúc)

1.2.2.8 Kiểm tra chạm (tiếp xúc) tâm rãnh gia công

1.2.2.9 Khởi động lại chương trình

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

1.2.3.2 Cách điều chỉnh chuyển chế độ gia công chi tiết

1.3 Những vấn đề hạn chế cần nghiên cứu khắc phục.

Hiện nay chưa có nghiên cứu nào về tối ưu chế độ cắt để khắcphục những hạn chế kể trên Vấn đề đặt ra: Tối ưu chế độ cắt khi giacông rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩm D18 trên máyCNC XK9350FA tại Nhà máy Cán thép Lưu Xá để đảm bảo thờigian gia công nhỏ nhất (m min)

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

+ x - các thông số cần công nghệ tối ưu - chính là các đạilượng 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

2.1.3 Giới hạn và hệ ràng buộc:

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

*) Giới hạn về chất lượng chi tiết cần đạt được khi gia công như

độ chính xác về hình dạng, kích thước, vị trí tương quan cũng như độnhám của bề mặt

Hiện nay có nhiều phương pháp xác định chế độ cắt tối ưu như:phương pháp quy hoạch tuyến tính, phương pháp toán đồ, phươngpháp đồ thị, phương pháp GRAPH, phương pháp thực nghiệm,phương pháp đại số v.v

2.1.4 Tối ưu chế độ cắt bằng phương pháp quy hoạch tuyến tính 2.1.5 Phương pháp tối ưu chế độ cắt theo đường biên khả dĩ 2.2 Vấn đề tối ưu hóa chế độ cắt khi phay rãnh vằn trên máy phay CNC XK9350FA

2.2.1 Chế độ cắt khi phay rãnh vằn trên máy phay CNC XK9350FA:

Đặc điểm gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sảnphẩm D18 trên máy CNC XK9350FA với sơ đồ như hình 2.1:

B3

B1 B2

Hình 2.1: Sơ đồ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp

kim sản phẩm D18 trên máy phay CNC XK9350FA

+ ndao: Số vòng quay của dao phay, v/ph.

Theo [1], 0 < ndao ≤ 500 (v/ph), ta có: 0 < Vdao ≤ 15,07 (m/ph)

Như vậy các thông số chế độ cắt khi phay rãnh vằn trục cán

- Điều kiện cắt gọt kinh tế (vận tốc cắt kinh tế của dao (m/phút), có xét đến vận tốc cắt cho phép của đầu dao theomáy, tuổi bền T của dao và điều kiện cắt gọt cho phépcủa vật liệu làm dao)

- tmin  t  tmax (tmin, tmax : Chiều sâu cắt nhỏ nhất và lớnnhất cho phép của máy, mm)

công

Lựa chọn phương pháp xây dựng và giải bài toán tối ưu chế độ cắt:

Hai phương pháp xác định chế độ cắt tối ưu ở trên (Tối ưu chế

độ cắt theo phương pháp quy hoạch tuyến tính, tối ưu chế độ cắt theophương pháp đường biên khả dĩ), nhận thấy xác định chế độ cắt tối

ưu theo phương pháp đường biên khả dĩ là phương pháp thực hiệncho kết quả nhanh, chính xác, và đơn giản nhất Nên ta chọn phương

pháp giải bài toán tối ưu chế độ cắt theo phương pháp đường biên

khả dĩ để xác định chế độ cắt tối ưu

Chương 3

XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHIGIA CÔNG RÃNH VẰN TRỤC CÁN TRÊN MÁY PHAY CNCXK9350FA

3.1 Xây dựng bài toán tối ưu hoá chế độ cắt gia công rãnh vằn trục cán trên máy phay CNC XK9350FA.

Từ nội dung Chương 2, mục 2.2.2 đã xác định bài toán tối ưuchế độ cắt gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩmD18 trên máy CNC XK9350FA là tối ưu chế độ cắt (t, V) đảm bảothời gian gia công m nhỏ nhất

Quá trình gia công rãnh vằn trục cán tại Nhà máy Cán thépLưu Xá được nhà sản xuất máy phay CNC XK9350FA lập trình sẵnchia làm 3 bước (thô, bán tinh và tinh) như hình 3.1:

Z2 Z3 b

B1 B2 B3

Hình 3.1: Sơ đồ phân bố lượng dư gia công khi gia công một gai

vằn ở bước gia công thô, gia công bán tinh và gia công tinh.

Ta có tổng lượng dư gia công thô, bán tinh và tinh là:

3.1.1 Xây dựng hàm mục tiêu:

Hàm mục tiêu: tiVi  max (3.2)

3.1.3 Thuật toán tối ưu chế độ cắt khi phay rãnh vằn:

Sử dụng phương pháp tối ưu chế độ cắt theo đường biên khả

dĩ để giải bài toán tối ưu, lưu đồ thuật toán như hình 3.2

Trong đó:

+ tmax: Chiều sâu cắt lớn nhất ở bước gia công tính toán, mm+ tmin: Chiều sâu cắt nhỏ nhất ở bước gia công tính toán, mm+ ttối ưu : Chiều sâu cắt tối ưu, mm

+ Vmax: Tốc độ cắt lớn nhất ở bước gia công tính toán, m/ph+ Vmin: Tốc độ cắt nhỏ nhất ở bước gia công tính toán, m/ph+ Vtối ưu : Tốc độ cắt tối ưu, m/ph

+ kt: Bước nhẩy theo chiều sâu cắt ở bước gia công tính toán+ kv: Bước nhẩy theo vận tốc cắt ở bước gia công tính toán+ ti: Chiều sâu cắt ở bước gia công tính toán, mm

+ Vi: Tốc độ cắt ở bước gia công tính toán, m/ph

+ Ni: Công suất cắt ở bước gia công tính toán, kW

+ [Nc]: Công suất cắt cho phép của máy phay, kW

+ Mi (ti, Vi): Điểm thoả mãn điều kiện ràng buộc bài toán

Hình 3.2: Sơ đồ thuật toán

3.2 Ứng dụng tối ưu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩm D18:

Z2=0,25 Z3=0,04 1,8

B1=3,09 B2=3,44 B3=3,5

Hình 3.3: Sơ đồ phân bố lượng dư gia công khi gia công một

gai vằn trục cán gang cầu sản phẩm D18.

3.2.1 Tối ưu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩm D18 ở bước gia công thô:

Lượng dư gia công ở bước gia công thô như hình 3.4:

Hình 3.4: Sơ đồ lượng dư gia công khi gia công một

gai vằn ở bước gia công thô.

Hàm mục tiêu:

t1.V1  max (3.8)

t1 (mm)

V1 (m/ph) 0

M0(0,3 , 15,77)

Hình 3.5: Mặt phẳng lưới t 1 - V 1

t1 (mm)

V1 (m/ph) 0

M0(0,3 , 15,77) 1 2 3

M miÒn kh«ng kh¶ dÜ

miÒn kh¶ dÜ

Hình 3.6: Quá trình xác định tập các điểm khả dĩ t 1, V 1

Ở hình (3.6), các điểm lưới được ghi nhận đánh dấu tròn có

giá trị (t1, V1) thỏa mãn ràng buộc bài toán tối ưu

Từ các kết quả tính toán ở trên ta lập thành bảng có các giá

trị (t1, V1) thỏa mãn ràng buộc bài toán tối ưu chế độ cắt khi gia công

rãnh vằn trục cán trên máy phay CNC XK9350FA ở bước gia công

thô như bảng 3.1:

Bảng 3.1: Các giá trị (t 1 , V 1 ) thỏa mãn ràng buộc bài toán tối ưu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán trên máy phay CNC XK9350FA ở bước gia công thô

Từ bảng 3.1 ta thấy (t1, V1) = (0,256, 15,77) thỏa mãn

Vậy giá trị tối ưu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán

trên máy phay CNC XK9350FA ở bước gia công thô là:

(t1, V1) = (0,256, 15,77) (3.14)

3.2.2 Tối ưu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩm D18 ở bước gia công bán tinh:

Lượng dư gia công ở bước gia công bán tinh như hình 3.7:

0,25 1,8

3,44

b2

Hình 3.7: Sơ đồ lượng dư gia công khi gia công một

gai vằn ở bước gia công bán tinh.

Bài toán tối ưu của bước gia công tinh là:

V2max = 30,159 V2min = 15,77

t2max=0,256

t2 (mm)

V2 (m/ph) 0

M0(0,256 , 15,77)

Hình 3.8: Mặt phẳng lưới t 2 - V 2

Quá trình xác định tập các điểm khả dĩ t2, V2 ở bước gia công

bán tinh được trình bầy ở hình 3.9

miÒn kh¶ dÜ

t2min=0,01

V2max = 30,159 V2min = 15,77

t2max=0,256

t2 (mm)

V2 (m/ph) 0

M0(0,256 , 15,77) 2 3 4 5 1

6

10 14

Ở hình (3.9), các điểm lưới được ghi nhận đánh dấu tròn có

giá trị (t2, V2) thỏa mãn ràng buộc bài toán tối ưu

Từ các kết quả tính toán ở trên ta lập thành bảng có các giá

trị (t2, V2) thỏa mãn ràng buộc bài toán tối ưu chế độ cắt khi gia công

rãnh vằn trục cán trên máy phay CNC XK9350FA ở bước gia công

bán tinh như bảng 3.2:

Bảng 3.2: Các giá trị (t 2 , V 2 ) thỏa mãn ràng buộc bài toán tối ưu chế

độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán trên máy phay CNC XK9350FA ở bước gia công bán tinh

Hàm mục tiêu của bài toán tối ưu là t2.V2 max để thời giangia công rãnh vằn trục cán trên máy phay CNC XK9350FA ở bướcgia công bán tinh là nhỏ nhất

Từ bảng 3.2 ta thấy (t2, V2) = (0,196, 17,21) thỏa mãn.Vậy giá trị tối ưu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cántrên máy phay CNC XK9350FA ở bước gia công bán tinh là:

(t2, V2) = (0,196, 17,21) (3.21)

3.2.3 Tối ưu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩm D18 ở bước gia công tinh:

Lượng dư gia công ở bước gia công tinh như hình 3.10:

Hình 3.10: Sơ đồ lượng dư gia công khi gia công một

gai vằn ở bước gia công tinh.

Bài toán tối ưu của bước gia công tinh là:

Để đảm bảo t3.V3  max, chọn V3 = V3max =30,159 (m/ph)

Ta chỉ cần kiểm tra điều kiện ràng buộc về công suất cắt cho phép:

Tương tự ta có công suất cắt N3 được tính theo công thức:

= 0,568.0,040,75 30,1590,85 = 0,919 (kW)

Vậy N3=

102 60

3.2.4 Hiệu chỉnh các giá trị thông số chế độ cắt:

Bằng thuật toán đã xã xây dựng và tính toán cho các bướcgia công thô, bán tính và tinh ta xác địch được các thông số chế độcắt tối ưu ở các bước là:

Bước gia công thô:

Do việc chia ô lưới của mặt phẳng ti, Vi sẽ không đạt là ước

số nguyên lần của lượng dư gia công của các bước gia công cho nênphải có sự hiệu chỉnh để đảm bảo: t1.n1 + t2.n2 + t3. n3 =Z = 1,2 mm

Trên nguyên tắc ta giữ nguyên số lần chạy dao n1 =3, n2 = 2

và n3 = 1 ta điều chỉnh chiều sâu cắt đảm bảo cắt hết lượng dư nhưsau: t1.n1 + t2.n2 + t3. n3 = 3.0,256+ 2.0,196 + 1.0,04 = 1,2 mm

Kết luận chương 3: Giá trị tối ưu chế độ cắt khi gia công

rãnh vằn trục cán trên máy phay CNC XK9350FA ở bước gia côngthô, bước gia công bán tinh và bước gia công tinh là:

(t1, V1) = (0,256, 15,77) ; (t2, V2) = (0,196, 17,21);

(t3, V3) = (0,04, 30,159)

D18 đã đem lại kết quả như sau:

4.1.1 Các bước cập nhật thông số chế độ cắt theo kết quả tối

ưu hóa chế độ cắt và tiến hành gia công.

Hình 4.1: Hình ảnh quá trình gia công

Hình 4.2: Rãnh trục cán 334 trước khi gia công

Hình 4.3: Rãnh Trục cán 334 sau khi gia công

4.1.2 Hiệu quả của tối ưu hóa chế độ cắt:

Thời gian gia công của tối ưu hóa chế độ cắt là:

* Thời gian máy gia công ở bước gia công thô:

m1 = (Z1/t1).(2.Lg1/V1) ng .nr = .84.20

1000.77,15

8,28.2.256,0

768,0

=18,4

* Thời gian máy gia công ở bước gia công bán tinh:

1000.21,17

034,30.2.196,0

392,0

=11,727

* Thời gian máy gia công ở bước gia công tinh:

m3 = (Z3/t3).(2Lg3/V3).ng .nr= 84.20

1000.159,30

159,30.2.04,0

04,0

i mi

Thời gian gia công theo chế độ cắt hiện tại của nhà máy:

* Thời gian máy gia công ở bước gia công thô:

1000.159,30

248,29.2.07,0

91,0

=42,36

* Thời gian máy gia công ở bước gia công bán tinh:

'm2 = (Z2/t2).(2Lg2/V2) ng .nr = .84.20

1000.159,30

033,30.2.05,0

25,0

=16,729

* Thời gian máy gia công ở bước gia công tinh:

1000.159,30

159,30.2.04,0

04,0

'

i mi

m theo tỉ lệ phần trăm là:

% = '

'

m

m m

Từ các nội dung nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn, luận văn đã

có các kết quả đóng góp như sau:

1 Vấn đề tối ưu hóa chế độ cắt không mới nhưng cũngkhông phải cũ kể cả với các thiết bị máy công cụ điều khiển số hiệnnay

2 Tối ưu hóa chế độ cắt mang lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuậtrất lớn khi chúng ta không phải đầu tư về máy móc, thiết bị

3 Luận văn đã đóng góp phát triển cơ sở lý thuyết tối ưuhóa chế độ cắt, hầu hết các tài liệu là tối ưu hóa chế độ cắt chophương pháp gia công tiện Luận văn đã góp phần xây dựng cơ sở

lý thuyết cho tối ưu hóa chế độ cắt khi phay và cụ thể là tối ưu hóachế độ cắt khi phay rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩmD18 trên Máy phay rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA

4 Kết quả cụ thể là xác định được các thông số chế độ cắttối ưu khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩmD18 trên Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA: Các giá

trị tối ưu [t (mm),V (m/ph)] ở các bước gia công thô, bước gia côngbán tinh và gia công tinh lần lượt là:

(t1, V1) = (0,256, 15,77) (4.1)(t2, V2) = (0,196, 17,21) (4.2)(t3, V3) = (0,04, 30,159) (4.3)

5 Hiệu quả của tối ưu hóa chế độ cắt đã giảm thời gian giacông: Tính theo giá trị %, thời gian máy gia công m theo tính toán

rút ngắn hơn thời gian máy gia công ’

4.2.2 Kiến nghị: (Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo)

Do điều kiện về thời gian và các điều kiện khác mà kết quảcủa đề tài mới đạt được tối ưu chế độ cắt (t, V) đảm bảo thời giangia công nhỏ nhất với các ràng buộc chủ yếu là điều kiện của máycông cụ và điều kiện kinh tế của tuổi bền dụng cụ cắt Do vậy sẽcòn nhiều vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục được nghiên cứu và pháttriển, đó là vấn đề tối ưu thông số hình học dụng cụ cắt, mòn dụng

cụ, tính toán hiệu quả kinh tế, vấn đề nhiệt cắt, lực cắt, rung động,

… trong gia công rãnh vằn trục cán làm bằng vật liệu Gang cầu Hợp

loại các sản phẩm thép cán thanh vằn khác (từ D5  D50) và vậtliệu gia công khác (vật liệu trục cán: Thép đúc hợp kim; vànhcacbit Vonfram + lõi trục composite …) đang được sử dụng phổbiến trong ngành Cán thép hiện nay

Bên cạnh đó quá trình tối ưu hóa chế độ cắt gia công rãnhvằn trục cán nói chung cần xây dựng thàng phần mềm máy tínhđảm bảo quá trình tính toán được nhanh chóng, chính xác