Tối ưu hoá chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện dựa trên STEP NC

Tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện là ph ơng pháp nghiên c u xác định chế độ cắt tối u thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu tuổi bền dao với các thôn

Trang iv

Tối ưu hóa ch độ cắt theo tu i b n dao lƠ phư ng pháp nghiên c u xác đ nh

ch độ cắt tối ưu thông qua vi c xây dựng mối quan h toán học giữa hàm m c tiêu

tu i b n dao lớn nhất với các thông số c a ch độ cắt ng với một h thống các giới

h n v mặt chất lư ng, kỹ thu t và t ch c c a nhà máy Đa số những h n ch này liên quan trực ti p đ n sự phát sinh lực cắt trong suốt quá trình gia công, vì v y tính toán chính xác ch độ cắt cho phép nâng cao tu i b n dao, nâng cao hi u qu gia công Tính toán ch độ cắt tối ưu theo tu i b n dao đư c trình bày trong lu n văn

dựa trên hình d ng mặt cắt ngang c a mỗi đư ng dao trong quá trình gia công Với hình d ng đư ng chuyển dao có sẵn trong mô hình dữ li u STEP-NC, cho phép xác

đ nh các thông số c n thi t để tính toán tối ưu ch độ cắt để tu i b n dao là lớn nhất

Lu n văn này trình bày các bước tính toán ch độ cắt tối ưu trong ti n mặt

đ u, ti n tr n tr ngoài, ti n côn

Trang v

ABSTRACT

Optimized cutting by tool life is research methods to determine the optimal cutting through the construction of the mathematical relationship between the objective function tool life greatest with parameters of the cutting with a system of limits in terms of quality, technology and organization of plant The majority of those limitations directly relate to the cutting forces generated during the machining process, since accurately calculating these cutting allowed improve tool life, improve the efficiency of processing Calculation of the optimal cutting by tool life

is presented in this paper based on the cross-sectional geometry of each tool path over the course of the machining process With the tool path geometry available in the STEP-NC data model, allows to determine the parameters needed to calculate the optimal cutting for tool life largest

This paper presents the steps to calculate the optimal cutting on the turning end face, outer_diameter cylinder, outer_diameter cone

Trang vi

Trang tựa TRANG Quy t đ nh giao đ tài

Lý l ch khoa học i

L i cam đoan ii

L i c m n iii

Tóm tắt iv

Abstract v

M c l c vi

Danh sách các chữ vi t tắt ix

Danh sách các hình x

Danh sách các b ng xii

Chư ng 1 T NG QUAN 1

1.1 S lư c v sự phát triển c a ngƠnh c khí ch t o máy 1

1.2 Các khái ni m c b n 2

1.3 Giới thi u v STEP-NC 4

1.4 Lý do chọn đ tài, m c tiêu vƠ đối tư ng nghiên c u 6

1.4.1 Lý do chọn đ tài 6

1.4.2 M c tiêu 7

1.4.3 Đối tư ng nghiên c u 8

1.5 Nhi m v , ph m vi nghiên c u vƠ ý nghĩa c a đ tài 9

1.5.1 Nhi m v 9

1.5.2 Ph m vi nghiên c u c a đ tài 10

1.5.3 ụ nghĩa khoa học vƠ ý nghĩa thực ti n c a đ tài 10

1.6 Phư ng pháp nghiên c u 10

1.7 T ng quan v các nghiên c u trong vƠ ngoƠi nước 11

1.7.1 NgoƠi nước 11

Trang vii

1.7.2 Trong nước 12

Chư ng 2 C S LÝ THUY T 14

2.1 Lực cắt trong quá trình gia công 14

2.2 Mặt cắt ngang đư ng chuyển dao 14

2.3 Tham số hóa mặt cắt ngang đư ng chuyển dao 15

2.4 Đi u ki n c a h thống máy 16

2.5 Động lực học h thống máy 17

2.6 Các cách tối ưu hóa ch độ cắt 18

2.6.1 Tối ưu hóa lư ng ch y dao dựa trên lực cắt 18

2.6.2 Tối ưu hóa dựa trên tu i b n dao 20

2.6.3 Tối ưu hóa dựa trên khối lư ng 21

2.6.4 Tối ưu hóa dựa trên hằng số phoi 23

2.6.5 Tối ưu hóa dựa trên chi phí gia công 25

Chư ng 3 CHU N STEP-NC 27

3.1 Cấu trúc chư ng trình STEP-NC 27

3.1.1 Ph n khai báo (HEADER) 28

3.1.2 Vi t ph n dữ li u (DATA) 28

3.1.3 Bắt đ u k ho ch gia công (Project) 28

3.1.4 Trình tự gia công (Workplan) 29

3.1.5 Đ nh nghĩa nguyên công (Workingstep) 30

3.1.6 Thông tin v phôi (Workpiece) 30

3.1.7 Mặt phẳng tham chi u v trí dao (Security_plane) 32

3.1.8 Ch c năng gia công (Machining_function) 32

3.1.9 D ng c cắt (Machine_tool) 34

3.1.10 Công gh gia công (Technology_description) 36

3.1.11 Chi n lư c gia công (Strategy) 36

3.1.12 Thông tin gá kẹp 37

3.2 Chư ng trình gia công chi ti t 37

Chư ng 4 MÔ HỊNH BẨI TOÁN VẨ CÁCH GI I 39

Trang viii

4.1 Các y u tố nh hư ng đ n tu i b n dao 39

4.1.1 nh hư ng c a tốc độ cắt V đ n tu i b n dao 39

4.1.2 nh hư ng c a lư ng ch y dao S đ n tu i b n dao 40

4.1.3 nh hư ng c a chi u rộng cắt b đ n tu i b n dao 41

4.2 Thi t l p mô hình bài toán 42

4.2.1 Hàm m c tiêu 42

4.2.2 Phư ng trình rang buộc 45

4.3 Cách gi i 51

4.3.1 Lấy thông tin t chư ng trình STEP-NC 52

4.3.2 ng d ng Matlab để gi i bài toán 57

4.3.3 K t qu tính toán tối ưu ch độ cắt 58

4.3.4 Hi u ch nh chư ng trình STEP-NC 58

4.4 Tính toán th i gian gia công c b n 59

4.4.1 Tính toán với ch độ cắt chưa tối ưu 59

4.4.2 Tính toán với ch độ cắt tối ưu 63

Chư ng 5 TH NGHI M 68

5.1 Chọn máy 68

5.2 Chọn dao 69

5.3 Chọn m u 69

5.4 Số l n thí nghi m 70

5.5 Cách ti n hành thí nghi m 70

5.5.1 Thí nghi m với ch độ cắt chưa tối ưu 70

5.5.2 Thí nghi m với ch độ cắt tối ưu 72

5.6 Đánh giá 74

Chư ng 6 K T LU N VẨ Đ NGH 75

TÀI LI U THAM KH O 76

PH L C 1 77

PH L C 2 80

PH L C 3 87

Trang ix

CAD: Computer- Aided Design

CAM: Computer- Aided Manufacturing

AI: Actifial Intelligence

PC: Programmable Controller

PLC: Programmable Logic Controller

CNC: Computerized Numerical Controllers

IMS: Intelligent Manufacturing Systems

Trang x

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 2.1: Di n tích mặt cắt ngang lát cắt trong quá trình gia công ti n 14

Hình 2.2: Những thông số mặt cắt ngang trong ti n 15

Hình 2.3: Lư ng ch y dao tối ưu suy ra t lực cắt 18

Hình 2.4: Lư ng bù bán kính phoi vát mỏng bằng cách tối ưu hóa hằng số phoi 23

Hình 2.5: Lư ng bù dọc tr c phoi vát mỏng b i tối ưu hóa hằng số phoi 23

Hình 3.1:Cấu trúc chư ng trình STEP-NC 26

Hình 3.2: Chi ti t gia công 36

Hình 4.1: Quan h giữa độ mòn dao, tốc độ và th i gian cắt 38

Hình 4.2: Quan h giữa tốc độ cắt V và tu i b n dao T 39

Hình 4.3: Quan h giữa tu i b n dao vƠ lư ng ch y dao 40

Hình 4.4: Tu i b n dao T ng với [hs] 41

Hình 5.1: Máy ti n CHATLES 68

Hình 5.2: Dao ti n 69

Hình 5.3: Hình d ng phôi 69

Hình 5.4: Kích thước chi ti t gia công 70

Hình 5.5: Ti n thô mặt đ u với ch độ cắt chưa tối ưu 70

Hình 5.6: Ti n tinh mặt đ u với ch độ cắt chưa tối ưu 70

Hình 5.7: Ti n thô tr ngoài Φ80 với ch độ cắt chưa tối ưu 71

Hình 5.8: Ti n tinh tr ngoài Φ80 với ch độ cắt chưa tối ưu 71

Hình 5.9: Ti n thô côn với ch độ cắt chưa tối ưu 71

Hình 5.10: Ti n tinh côn với ch độ cắt chưa tối ưu 71

Hình 5.11: Ti n thô mặt đ u với ch độ cắt tối ưu 72

Hình 5.12: Ti n tinh mặt đ u với ch độ cắt tối ưu 72

Hình 5.13: Ti n thô tr ngoƠi Φ80 với ch độ cắt tối ưu 72

Trang xi

Hình 5.14: Ti n tinh tr ngoƠi Φ80 với ch độ cắt tối ưu 73

Hình 5.15: Ti n thô cônvới ch độ cắt tối ưu 73

Hình 5.16: Ti n tinh cônvới ch độ cắt tối ưu 73

Trang 1

Chư ng 1

T NG QUAN

1.1 S lư c v sự phát triển c a ngƠnh c khí ch t o máy

Khoa học và công nghệ cơ khí chế t o c a thế giới trong thế kỷ XX và XXI đư có những b ớc phát triển v ợt bậc nh ng dụng các công nghệ hiện đ i nh : công nghệ thông tin, vật liệu nano, tự động hoá, Trong kinh tế, ngành công nghiệp cơ khí chế t o vẫn đóng vai trò ch đ o, góp phần làm thay đổi diện m o thế giới, với trên 20 triệu doanh nghiệp đang ho t động trên các châu lục, chiếm tới 28% số

l ợng việc làm và đóng góp 25% giá trị tổng s n phẩm c a thế giới

Sự đổi mới liên tục c a CAD/CAM đã giúp cho các nhà chế t o tiết kiệm về tài chính, th i gian, nguồn lực, vì CAD và CAM đều là những ph ơng pháp dựa vào máy tính để mã hoá dữ liệu hình học, nên t o kh năng cho các quy trình thiết

kế và chế t o đ ợc tích hợp cao độ Hệ CAD tất nhiên không hiểu đ ợc các khái niệm c a thế giới thực, chẳng h n nh b n chất hay ch c năng c a đối t ợng đ ợc thiết kế Hệ CAD thi hành ch c năng c a mình nh kh năng mư hoá các khái niệm hình học Do vậy, quá trình thiết kế dựa vào CAD liên quan đến việc chuyển ý

t ng c a ng i thiết kế thành mô hình hình học Các nh ợc điểm khác c a CAD đang đ ợc khắc phục nh R&D trong lĩnh vực hệ chuyên gia Lĩnh vực này đ ợc hình thành từ các nghiên c u về trí tuệ nhân t o AI Một ví dụ về hệ chuyên gia bao hàm việc kết hợp thông tin về b n chất c a vật liệu, trọng l ợng, ng lực, độ bền,

độ dẻo vào phần mềm CAD σh tích hợp đ ợc các dữ liệu đó và những dữ liệu khác vào phần mềm nên hệ CAD có thể biết đ ợc những gì mà ng i kỹ s biết khi

ng i đó t o ra một b n vẽ thiết kế Sau đó, CAD có thể bắt ch ớc cách nghĩ c a

ng i kỹ s và thực hiện công việc thiết kế Do công nghệ CAD/CAM ngày càng hoàn thiện nên đư t o cơ s phát triển các công nghệ gia công

Từ thập kỷ 90 đến nay: việc sử dụng công nghệ CAD/CAM đư cho phép chế

t o s n phẩm cơ khí nhanh hơn, chế t o các lo i máy công cụ có tốc độ cao, chính

Trang 2

xác, thông minh và hiệu qu hơn σăm 1995, sử dụng rộng rưi thiết bị điều khiển máy công cụ dựa vào υC, phục vụ c các ch c năng υLC và CσC Cũng trong năm

1995, ch ơng trình Quốc tế IMS với sự tham gia c a 300 công ty, viện nghiên c u

c a: Canada, Mỹ, EU, σhật B n, Hàn Quốc và Thụy Sĩ

Gia công cơ khí trên máy CσC ngày càng phổ biến và đem l i những lợi ích rất lớn về mặt kỹ thuật lẫn kinh tế Tuy nhiên hầu hết các máy móc, thiết bị này đều hiện đ i và đắt tiền, do đó nếu x y ra sự cố trong quá trình gia công thì chi phí sửa chữa khắc phục sẽ rất lớn Để gi m thiểu tối đa những r i ro trong s n xuất cũng

nh nâng cao năng suất gia công, gi m giá thành s n phẩm thì việc sử dụng một

phần mềm để dự đoán những sai hỏng và tối u hóa quá trình gia công là cần thiết

1.2 Các khái ni m c b n

Tiện là quá trình dùng dụng cụ cắt (dao tiện) để lo i bỏ vật liệu d thừa từ

một d ng nguyện liệu ban đầu (phôi) để t o ra một hình d ng mong muốn (chi tiết gia công), trong đó phôi quay tròn và dao chuyển động tịnh tiến Hiệu qu c a quá trình này th ng đ ợc đánh giá b i khối l ợng c a vật liệu đ ợc lo i bỏ trong một

th i gian nhất định, th ng gọi là tỷ lệ lo i bỏ vật liệu

Tuổi bền của dụng cụ (T) là kho ng th i gian làm việc liên tục c a dao cho

đến khi ph i mài l i (tính theo phút), có nghĩa là th i gian giữa hai lần mài l i Đôi khi để biểu thị kh năng công nghệ thì tuổi bền c a dụng cụ đ ợc tính theo mét c a quưng đ ng cắt đ ợc theo số l ợng chi tiết đ ợc gia công giữa hai lần mài dao

Tuổi bền c a dụng cụ và quá trình mài mòn có quan hệ với nhau C ng độ mòn càng lớn thì tuổi bền càng nhỏ Tuổi bền biểu thị số l ợng c a c ng độ mòn

c a dụng cụ, do đó nó thay đổi khi thay đổi điều kiện cắt, có nghĩa là thay đổi chế

độ cắt, các thông số hình học c a dụng cụ, dung dịch trơn nguội… Một trong những yếu tố xác định tuổi bền c a dụng cụ là tốc độ cắt

Các yếu tố của chế độ cắt

Trang 3

- Vận tốc cắt (V) là kho ng dịch chuyển t ơng đối c a một điểm

trên dao so với vật gia công trong một đơn vị th i gian

- Lượng chạy dao (S) là kho ng dịch chuyển c a dao theo ph ơng

dọc (hoặc ngang) c a dao sau một vòng quay c a vật gia công

- Chiều sâu cắt (t) là bề dày lớp kim lo i bị cắt đi trong mỗi lần

ch y dao

Tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện là ph ơng pháp nghiên c u xác

định chế độ cắt tối u thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu tuổi bền dao với các thông số c a chế độ gia công ng với một hệ thống các giới h n về mặt chất l ợng, kỹ thuật và tổ ch c c a nhà máy

Mỗi quá trình gia công đều có một b n ghi những h n chế ràng buộc xác định kh năng gia công c a hệ thống thiết bị, bao gồm thành phần cấu t o chính c a thiết bị, trục chính, bàn dao và dụng cụ cắt Sau đây là danh sách các h n chế

th ng gặpnhất trong hệ thống gia công:

- Độ bền vững cấu trúc thiết bị

- Momen quay trục chính, năng l ợng và kho ng điều chỉnh tốc độ

- Kh năng chịu t i c a trục chính

- Công suất trục truyền động

- H n chế momen uốn và momen xoắn c a bàn dao

1.3 Gi ới thi u v STEP-NC

Trong vài thập kỷ gần đây, số l ợng các hệ CσC tăng vọt trong mọi lĩnh vực s n xuất σh ợc điểm chung c a chúng là: các thông số công nghệ nh vận tốc cắt và

Trang 4

l ợng ch y dao đ ợc áp đặt b i ng i lập trình và phụ thuộc vào kinh nghiệm, hiểu biết c a ng i lập trình Do đó trong quá trình lập trình gia công gây ra những sai sót nhất định do tính ch quan lẫn kinh nghiệm c a con ng i

Cho đến nay, khối l ợng s n phẩm cơ khí ph i qua gia công bằng cắt gọt vẫn chiếm tỷ lệ cao nhất trong các ph ơng pháp gia công kim lo i Cắt gọt là ph ơng pháp hàng đầu về kh năng đáp ng độ chính xác kích th ớc, độ ph c t p về hình

d ng và chất l ợng bề mặt chi tiết gia công Đó là lý do khiến các công nghệ tiên tiến, có trợ giúp c a máy tính (CAD/CAM-CσC) phát triển sớm nhất và m nh mẽ nhất trong lĩnh vực này

σh tích hợp đ ợc các thành tựu mới trong kỹ thuật điều khiển và máy tính

mà các hệ điều khiển CσC hiện t i có nhiều tính năng v ợt trội Tuy nhiên, về b n chất điều khiển trên các máy CσC hiện nay vẫn chỉ là điều khiển “tĩnh” với các

tham số hệ thống không đổi Biểu hiện c a nó về mặt công nghệ là tốc độ cắt và tốc

độ ch y dao đ ợc thiết đặt cố định b i lệnh trong ch ơng trình σC và đ ợc duy trì cho đến khi có lệnh thiết đặt giá trị mới

Trong công nghệ CAD/CAM-CσC, điều khiển CσC thông minh đ ợc hiểu

nh là 1 máy CσC thông minh có ch c năng:

- Dữ liệu chuyển động dao cắt: thay vì dữ liệu chuyển động các trục đ ợc

chuyển tới máy CσC, hệ CσC thông minh có kh năng chuyển đổi quỹ

đ o ch y dao tới chuyển động các trục c a máy CσC

- Thông tin m c cao: đặc tính chi tiết, vật liệu, dao cắt, kích th ớc, dung sai

đ ợc gửi tới máy CNC

- Thông tin này sẽ đ ợc gửi đi bằng cách sử dụng một chuẩn dữ liệu “STEυ

- σC” Aυ 238

Trong những năm 1970 với sự phát triển c a CσC và sự phát triển nhanh chóng c a công nghệ CAD/CAM trong hơn một thập kỷ tr ớc, những tiến trình quan trọng đư đ ợc thực hiện trong s n xuất tự động các chi tiết cơ khí Tuy nhiên, ngôn ngữ lập trình đ ợc sử dụng trong công nghiệp để điều khiển máy vẫn giữ giống nh với chuẩn ban đầu đ ợc biết là G và M code (ISτ 6983) dựa trên sự mô

Trang 5

t chuyển động c a dụng cụ cắt và những lệnh tắt/m Một tiêu chuẩn quốc tế ngày nay, tên là ISτ 14649 và đ ợc biết đến là STEυ-NC đang đ ợc phát triển để cung cấp một giao diện cách m ng cho sự tích hợp CAD/CAM sử dụng một lo i ngôn ngữ đ ợc phát triển từ chuẩn STEυ (ISτ 10303) Không giống nh G và M code chỉ lập trình cho chuyển động c a trục máy và công tắc hành trình, STEυ-NC còn là một mô hình hóa dữ liệu hoàn chỉnh mà nó liên kết đối t ợng gia công (dữ liệu thiết

kế CAD) với gi i pháp công nghệ (dữ liệu qui trình gia công CAM yêu cầu) theo

h ớng đối t ợng Và kết qu là một ch ơng trình STEυ-σC giống với một ho ch định quá trình chi tiết hơn là một th tục quá trình gia công Trong một ch ơng trình

nh vậy, dữ liệu s n xuất cho một chi tiết đ ợc tổ ch c nh là một dự án về những hình d ng hình học sẽ đ ợc gia công, các b ớc gia công (nguyên công cụ thể) cần thiết cho mỗi đặc tính, các yêu cầu công nghệ và th tự công việc (mục đích là để cung cấp thông tin cho máy CσC)

σgôn ngữ cấp cao và h ớng đối t ợng này làm cho ch ơng trình gia công dễ dàng sử dụng mà không cần ph i thay đổi nhiều trên nhiều máy CσC Quan trọng hơn nữa, nó đ ợc xây dựng nh là một ph n hồi thông tin hai chiều giữa CAD/CAM và hệ thống CσC

Mục tiêu c a STEυ-σC là bao hàm hết toàn bộ ph m vi c a s n xuất trực tuyến Một mô hình dữ liệu mới STEυ-σC đư đ ợc phát triển để thay thế cho mô hình tiêu chuẩn mư G&M cũ cho quá trình tiện, phay, tia lửa điện (EDM) Một mô hình dữ liệu mới đư đ ợc thiết lập, phát triển và bổ sung để những hệ thống CAD/CAM/CσC t ơng thích với mô hình dữ liệu kiểu mới đang đ ợc chú ý này

STEP-NC là một mô hình mới chuyển đổi dữ liệu giữa các hệ thống CAD/CAM và máy CNC Mã G-code chỉ thể hiện sự di chuyển các trục, tốc độ quay trục chính, chiều sâu ăn dao, vị trí dụng cụ trong ổ dao, hệ thống làm mát Với các thông tin đó thì rất khó khăn cho ng i vận hành máy nắm đ ợc là nó đang thực hiện nguyên công nào, điều kiện máy, dao đang gia công, muốn nắm đ ợc những điều trên thì ng i vận hành ph i đọc hết ch ơng trình gia công Chính vì thế

nó là điều không thể để cho bộ điều khiển thực thi một cách thông minh hoặc dừng

Trang 6

ch ơng trình trong tr ng hợp khẩn cấp với những thông tin giới h n đó σg ợc l i STEP-σC bao gồm thông tin ch c năng đ ợc yêu cầu Ví dụ nh b ớc làm việc, đặc tính gia công, chu trình gia công, dụng cụ gia công, quỹ đ o gia công, ch c

năng máy và phôi STEυ-NC còn ch a đựng trong nó thông tin thiết lập như mô

hình hình học, quá trình lập kế hoạch

STEP-NC cho phép bỏ qua các hệ thống CAM và chuyển dữ liệu trực tiếp

đến máy CσC Sự m rộng xử lí các thông tin này có thể m rộng kh năng điều khiển ho t động trên máy công cụ CσC

STEP-σC là một mô hình m rộng có sự tích hợp giữa thông tin thiết kế và

thông tin sản xuất: trong đó bao gồm vật liệu gia công, dụng cụ cắt, độ chính xác,

tốc độ quay dao, … và các tham số ch ơng trình

1.4 Lý do ch ọn đ tài, m c tiêu vƠ đối tư ng nghiên c u

Vì vậy, một trong những vấn đề mấu chốt cần gi i quyết để gi m chi phí gia công là ph i nghiên c u xác định chế độ cắt tối u cho từng nguyên công ng với các điều kiện gia công cụ thể để cung cấp dữ liệu cho việc chuẩn bị công nghệ

Sử dụng chế độ cắt tối u góp phần tăng tuổi bền dụng cụ từ 10 † 15%, tăng năng suất từ 8 † 10% Tối u hóa quá trình cắt gọt đ ợc nghiên c u và phát triển rất

m nh các n ớc công nghiệp tiên tiến nh : Đ c, Mỹ, σhật, Thụy Sĩ, υháp, … những n ớc này song song với việc nghiên c u tối u hóa chế độ cắt ng i ta tiến hành xây dựng ngân hàng dữ liệu về chế độ gia công cơ để t o cơ s cho việc tự động hóa chuẩn bị công nghệ nhằm nâng cao hiệu qu c a quá trình s n xuất

Trang 7

n ớc ta cho đến nay vấn đề nghiên c u tối u quá trình gia công cắt gọt

ch a đ ợc nghiên c u nhiều υhần lớn trong quá trình chuẩn bị s n xuất các kỹ s công nghệ vẫn ph i dựa vào các sổ tay để tra c u Số liệu cho trong các sổ tay là các

số liệu kinh nghiệm thu đ ợc trong các điều kiện công nghệ cụ thể, vì thế chúng không ph i là các thông số công nghệ tối u Vì vậy, nghiên c u tối u hóa chế độ cắt là vấn đề cần thiết

Trên thế giới, tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao đư đ ợc nghiên c u nhiều vì tuổi bền dao là nhân tố quan trọng nh h ng đến năng suất và giá thành

s n phẩm Tuy nhiên, tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao dựa trên STEυ-NC

ch a đ ợc nghiên c u nhiều và Việt σam là một lĩnh vực mới Do vậy đề tài "Tối

u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện dựa trên STEυ-NC " là cần thiết và có tính

ng dụng trực tiếp

1.4.2 M c tiêu

Tối u hóa chế độ cắt quá trình gia công là ph ơng pháp nghiên c u xác định chế

độ cắt tối u thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu kinh

tế với các thông số c a chế độ gia công ng với một hệ thống các giới h n về mặt chất l ợng, kỹ thuật và tổ ch c c a nhà máy

Mục tiêu c a đề tài là tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao trong quá trình gia công cắt gọt bao gồm:

- Xây dựng hàm mục tiêu, hệ ràng buộc chính, điều kiện ràng buộc phụ để tối u hóa chế độ cắt sao cho tuổi bền dao là lớn nhất

- Sử dụng các thông số liên quan có trong STEP-NC để tính toán tối u

- Đề ra ph ơng pháp gi i bài toán tối u chế độ cắt theo tuổi bền dao

1.4.3 Đối tư ng nghiên c u

Có hai ph ơng pháp tối u hóa chế độ cắt quá trình gia công: tối u hóa tĩnh và tối

u hóa động Tối u hóa tĩnh là quá trình nghiên c u và gi i quyết bài toán tối u dựa trên mô hình tĩnh c a quá trình cắt Tối u hóa động là quá trình nghiên c u tối

Trang 8

u dựa trên mô hình động c a quá trình cắt, trong quá trình nghiên c u có chú ý tới các đặc điểm mang tính ngẫu nhiên và thay đổi theo th i gian: độ c ng vật liệu không đồng nhất, l ợng d gia công không đồng đều, l ợng mòn c a dao thay đổi theo th i gian, … σh vậy, tối u hóa động chế độ cắt chẳng những đ ợc điều chỉnh tr ớc mà còn đ ợc tự động điều chỉnh ngay trong quá trình cắt

Do đó muốn thực hiện tối u hóa quá trình gia công cắt gọt ph i xây dựng

mô hình nghiên c u dựa trên các điều kiện công nghệ cụ thể Về mặt thực tiễn nếu xét đ ợc càng nhiều yếu tố nh h ng tới quá trình gia công thì vấn đề đ ợc gi i quyết càng toàn diện và triệt để nh ng về mặt toán học thì quá trình nghiên c u sẽ càng ph c t p và khó áp dụng vào s n xuất σg ợc l i, nếu bỏ qua nhiều yếu tố nh

h ng tới quá trình gia công thì kết qu thu đ ợc không chính xác, hiệu qu kinh tế

c a việc áp dụng tối u hóa sẽ thấp [3]

Khi tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao ta cần nghiên c u kỹ các yếu tố

nh h ng đến tuổi bền dao Thực tế cho thấy: tất c các yếu tố có liên quan đến quá trình cắt gọt những m c độ khác nhau đều có nh h ng đến tuổi bền dao

nh : tốc độ cắt, l ợng ch y dao, chiều sâu cắt, đặc tính vật liệu c a chi tiết gia công, kết cấu c a dao, dung dịch trơn nguội, … [1]

- nh h ng c a tốc độ cắt V: tốc độ cắt càng lớn thì tuổi bền c a dụng càng nhỏ

- nh h ng c a l ợng ch y dao S: khi tăng chiều dày cắt a thì tuổi bền dao sẽ gi m B i vì khi chiều dày cắt a tăng một mặt sẽ làm tăng t i trọng lực trên một đơn vị chiều dài l ỡi cắt, mặt khác sẽ làm tăng nhiệt cắt Kết hợp hai nguyên nhân trên dẫn đến tốc độ mài mòn dao tăng lên, do đó tuổi bền dao gi m

- nh h ng c a chiều sâu cắt: với những yếu tố khác không đổi khi tăng chiều sâu cắt t sẽ làm tăng chiều dài tiếp xúc giữa l ỡi cắt và chi tiết σh vậy sẽ dẫn đến những nh h ng ng ợc nhau: một mặt khi tăng chiều dài làm việc thực tế c a dao sẽ làm tăng biến d ng, ma sát dẫn đến tăng nhiệt cắt, nh ng đồng th i cũng tăng kh năng t n nhiệt khỏi khu vực l ỡi cắt

- nh h ng c a kết cấu dao: vật liệu dao, các yếu tố hình học phần cắt

c a dao và kích th ớc c a thân dao cũng nh h ng đến tuổi bền dao

- nh h ng c a dung dịch trơn - nguội: trong quá trình gia công ng i ta

t ới dung dịch trơn - nguội vào vùng cắt vừa làm tăng môi tr ng t n nhiệt, vừa lợi dụng dòng t ới đ a nhiệt ra khỏi vùng cắt để làm tăng tuổi bền c a dao

1.5 Nhi m v , ph m vi nghiên c u vƠ ý nghĩa c a đ tài

1.5.1 Nhi m v

Việc nghiên c u về tiện, phân tích các quá trình lý, hóa trong tiện đư và đang đ ợc quan tâm, tiến hành t i nhiều trung tâm, viện nghiên c u cũng nh các tr ng đ i học trên thế giới Tuy nhiên từ những công bố trên các t p chí khoa học cho thấy các kết qu nghiên c u ch yếu tập trung vào việc phân tích hiện t ợng mài mòn dao khi cắt và xác định những yếu tố nh h ng đến tuổi bền dao, mà ch a đề cập nhiều về vấn đề tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao dựa trên STEυ-NC, mặt khác việc ng dụng công nghệ này n ớc ta còn mang nhiều tính kinh nghiệm

ng dụng phần mềm STEP-σC để đ a ra một lý thuyết về tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao góp phần c i thiện và nâng cao hiệu qu s n xuất là cần thiết Ta

l i biết rằng dao th ng có giá thành cao, vì vậy tuổi bền c a dao càng tr nên quan trọng b i trong quá trình cắt nếu ph i thay dao nhiều sẽ tăng sai số, th i gian, nh

h ng tới năng suất, chất l ợng và giá thành s n phẩm.Việc tìm ra một hàm số mô

t quan hệ giữa tuổi bền dao và chế độ cắt trên cơ s đó sẽ tối u hoá chế độ cắt theo tuổi bền dao là nhiệm vụ chính c a đề tài

Trang 10

1.5.2 Ph m vi nghiên c u c a đ tài

Do h n chế về th i gian và điều kiện nên luận văn này chỉ nghiên c u tối u hóa

chế độ cắt quá trình gia công tiện theo tuổi bền dao dựa trên STEP-NC Qua đó có

thể đ a ra một bộ thông số chế độ cắt khi tiện để dụng cụ cắt đ t tuổi bền cao nhất trong khi vẫn đ t chất l ợng bề mặt gia công theo yêu cầu

1.5.3 ụ nghĩa khoa học vƠ ý nghĩa thực ti n c a đ tài

Về mặt khoa học, đề tài phù hợp với xu thế phát triển khoa học và công nghệ Xây dựng đ ợc quan hệ giữa các thông số c a chế độ cắt đến tuổi bền khi tiện d ới d ng hàm thực nghiệm, kết qu nghiên c u sẽ là cơ s khoa học cho việc tối u hoá quá trình tiện, đồng th i cũng góp phần đánh giá chất l ợng bề mặt khi tiện Về mặt thực tiễn, áp dụng kết qu nghiên c u vào quá trình gia công để chọn chế độ cắt phù hợp sẽ làm tăng tuổi bền c a dao, gi m chi phí s n xuất và gi m giá thành s n phẩm Qua đó nâng cao tính c nh tranh trên thị tr ng và thúc đẩy các nghiên c u mới trên các khía c nh khác nhau về tiện

Trang 11

tiết, l ỡi dao và mũi dao trực tiếp tiếp xúc và có chuyển đông t ơng đối với mặt đang gia công c a chi tiết Sự tiếp xúc giữa các phần tử kim lo i trên dao với phoi hoặc chi tiết có những đặc điểm đáng l u ý:

- Sự tiếp xúc đ ợc thực hiện d ới áp lực lớn

- Quá trình tiếp xúc diễn ra nhiệt độ cao

- Hệ số ma sát t i các vùng tiếp xúc có chuyển động t ơng đối rất lớn

- Mỗi phần tử kim lo i c a dao chỉ tiếp xúc với mỗi phần tử phoi hoặc chi tiết có một lần và không lặp l i

Từ lý thuyết về mài mòn Summers Smith và Deupiereux [2] đư khái quát thành 4 nguyên nhân dẫn đến mài mòn dao:

- Mài mòn do quá trình ma sát cơ học gây nên

- Mài mòn do sự xuất hiện và mất đi liên tục c a các khối lẹo dao

- Mài mòn do hiện t ợng khuếch tán t i các vùng tiếp xúc

- Sự xuất hiện và phát triển các vết n t tế vi dẫn đến gưy vỡ dao

σhững kết qu nghiên c u c a Colding, Le Yongson, υalmai, Gordeev [9]

đư cho thấy: khi cắt tốc độ cao, nhất là đối với dao hợp kim c ng thì khuếch tán là nguyên nhân quan trọng làm tăng tốc độ mài mòn c a dao

Trong công trình nghiên c u c a mình, Jean [9] đư trình bày cách th c tối

u hóa chiều dày phoi trong gia công phay

Một số ý t ng về tối u hóa dựa trên STEυ-NC trong quá trình gia công: tối

u hóa làm gi m l ợng ch y dao, tối u hóa tuổi bền dao, tối u hóa dựa trên khối

l ợng, tối u hóa hằng số phoi [9,10]

σghiên c u phân tích về lực cắt bắt đầu từ giữa thế kỷ 20 Merchant phát

triển một mô hình lực cắt để tính toán lực từ kích th ớc c a phần ch a cắt và góc cắt c a phần t o thành σghiên c u sâu hơn về góc cắt đ ợc thực hiện b i Shaw, Oxley, Rowe và Spick để c i thiện tính chính xác việc tính toán lực cắt Martellotti, Koenigsberger và Sabberwal và Klinephát triển công th c tính toán lực dựa vào hình d ng cắt trong gia công phay Trong đó lực đ ợc nghiên c u nhiều nhất tập trung điều kiện cắt ban đầu, Merritt xây dựng khái niệm chu kỳ va đập để minh

Trang 12

họa truyền động trong quá trình cắt, Das và Tobias gi i thích nh h ng c a quá trình truyền động đến lực cắt Andrew, Tobias, Tlusty và Altintas đ a ra nguyên lý

va đập trong quá trình phay để nghiên c u hệ thống truyền động và nh h ng c a

nó đến lực cắt và độ c ng vững trong gia công phay [9]

Các yếu tố nh h ng tới quá trình gia công: đặc điểm c a hệ thống máy, dụng cụ cắt, đặc tính vật liệu c a chi tiết gia công, các thông số trong quá trình gia công nh : lực cắt, mặt cắt ngang đ ng chuyển dao, … là những yếu tố cần kể đến khi tối u hóa quá trình gia công [11]

1.7.2 Trong nước

Trong nghiên c u tối u hóa quá trình gia công c a mình, tác gi Trần Văn Địch đư xây dựng hàm chi phí gia công khi tiện phụ thuộc vào tốc độ cắt và l ợng

ch y dao Sau khi xây dựng đ ợc các giới h n ông đư biểu diễn chúng trong hệ tọa

độ phẳng logV – logS và xây dựng đ ợc miền giới h n c a bài toán tối u hóa chế

độ cắt khi tiện [3]

Các tác gi Phùng Rân – Tr ơng σgọc Thục đư nghiên c u các yếu tố nh

h ng đến tuổi bền dao và xây dựng đồ thị quan hệ giữa các yếu tố với tuổi bền dao Các yếu tố nh h ng đến tuổi bền dao: tốc độ cắt V, l ợng ch y dao S, chiều rộng cắt b, chi tiết gia công, vật liệu phần cắt và các yếu tố hình học c a dao, dung dịch trơn nguội [1]

Ngoài ra, còn một số nghiên c u khác về tối u hóa quá trình gia công, tối

u hóa tuổi bền dao, tối u hóa l ợng ch y dao, … nh ng ch a có nghiên c u tối

u hóa dựa trên STEυ-NC

Qua các công trình nghiên c u đư đ ợc phân tích trên cho thấy tối ưu hóa chế độ

cắt dựa trên STEP-NC theo tuổi bền dao tiện chưa được nghiên cứu ở Việt Nam

Trang 13

Chư ng 2

C S LÝ THUY T

2.1 L ực cắt trong quá trình gia công

Đ ợc đề xuất b i nghiên c u c a Merchant [9] thì lực cắt có thể đ ợc tính b i diện tích mặt cắt ngang c a phoi và một hệ số lực:

Trang 14

f K

f K

Trong đó f là diện tích mặt cắt ngang c a phoi, P z là lực cắt tiếp tuyến, P y

là lực cắt pháp tuyến đến bề mặt gia công, K z vàK y là những hệ số lực cắt t ơng ng với P z vàP y σhững hệ số lực cắt phụ thuộc vào biên d ng cắt, đặc tính vật liệu, tốc

độ cắt, … σhững hệ số này có thể đ ợc tìm hoặc bằng thực nghiệm hoặc thông qua

mô hình toán học

2.2 M ặt cắt ngang đư ng chuyển dao

Quá trình gia công th ng bao gồm nhiều đ ng chuyển dao Mỗi đ ng chuyển dao là quỹ đ o dao cắt đ ợc xác định b i những giá trị điều chỉnh trong câu lệnh

c a ch ơng trình máy điều khiển số (σC) σh trình bày trên, mặt cắt ngang c a

đ ng chuyển dao là một trong những thông số quan trọng nhất trong tính toán lực cắt và tối u hóa quá trình gia công

Mặt cắt ngang đ ng chuyển dao trong gia công tiện là diện tích mặt cắt

ngang f c a phoi Diện tích mặt cắt ngang lát cắt f trong gia công tiện có thể

đ ợc suy ra từ chiều rộng lát cắt b và chiều dày lát cắt a nh trong hình 2.1 là:

b a

Hình 2.1: Diện tích mặt cắt ngang lát cắt trong quá trình gia công tiện [9]

Trang 15

2.3 Tham s ố hóa mặt cắt ngang đư ng chuyển dao

Sự cần thiết c a thông tin chính xác mặt cắt ngang đ ng chuyển dao để tính toán lực cắt và tối u hóa quá trình gia công đ ợc thiết lập trên Kích th ớc và vị trí

c a mặt cắt ngang có thể thay đổi đáng kể trong quá trình gia công σhững ph ơng pháp mô t diện tích mặt cắt ngang bất kỳ có thể cực kỳ ph c t p trong một vài

tr ng hợp Xác định số l ợng các thông số đ ợc sử dụng để tìm những mặt cắt ngang yêu cầu một sự cân bằng giữa kích cỡ mô hình dữ liệu STEυ-NC và độ chính

xác trong việc thể hiện mặt cắt ngang tùy ý Số l ợng các thông số mô t mặt cắt ngang nên giữ m c tối thiểu để tránh quá t i mô hình dữ liệu STEυ-σC σhững giá trị mặt cắt ngang đ ng chuyển dao d ới đây đ ợc xác định trong b n đính chính mới nhất c a tiêu chuẩn ISτ 10303 Aυ 238

Kích th ớc 0 mô t chiều dài dọc trục tối đa c a mặt cắt ngang liên kết dụng

cụ đ ợc thể hiện bằng ADmax (hình 2.2) Chiều dài dọc trục tối đa trong tiện sẽ

đ ợc đo song song với trục chính:

- Kích th ớc 1 mô t chiều dài h ớng kính tối đa c a mặt cắt ngang liên kết dụng cụ đ ợc thể hiện bằng RDmax Chiều dài h ớng kính tối đa sẽ

đ ợc đo vuông góc với c hai trục dụng cụ và ph ơng chuyển dao

- Kích th ớc 2 mô t các vị trí dọc theo trục X t i vị trí đo chiều dài h ớng kính tối đa, đ ợc thể hiện bằng Xmaxofs

- Kích th ớc 3 mô t các vị trí dọc theo trục Y t i vị trí đo chiều dài dọc

trục tối đa, đ ợc thể hiện bằng Ymaxofs

- Kích th ớc 4 mô t tổng diện tích c a mặt cắt ngang liên kết dụng cụ trong trục X-Y, đ ợc thể hiện bằng CSA

- Kích th ớc 5 mô t vị trí dọc theo trục X trọng tâm (CG) c a mặt cắt ngang liên kết dụng cụ, đ ợc thể hiện bằng XCGofs

- Kích th ớc 6 mô t vị trí dọc theo trục Y trọng tâm (CG) c a mặt cắt ngang liên kết dụng cụ, đ ợc thể hiện bằng YCGofs

Trang 16

Hình 2.2: σhững thông số mặt cắt ngang trong tiện [9]

Chiều dài dọc trục và chiều dài h ớng kính tối đa ADmax và RDmax mô t những kích th ớc c a sự tiếp xúc phôi - dao theo h ớng dọc trục và h ớng kính với những vị trí t ơng đối để sắp xếp cơ b n dụng cụ cắt đ ợc xác định bằng Xmaxofs

và Ymaxofs Sắp xếp cơ b n dụng cụ cắt là trung tâm c a đầu cắt dao phay và điểm trên biên d ng l ỡi cắt gần nhất từ điểm xuất phát trục chính đến dao tiện Tổng diện tích c a mặt cắt ngang liên kết dụng cụ CSA l ợng từ hóa diện tích tiếp xúc

Vị trí c a diện tích tiếp xúc đ ợc biểu diễn b i kho ng cách c a trọng tâm CG tới điểm xuất phát c a dao cắt XCGofs và YCGofs Trong thực tế, mặt cắt ngang

th ng ph c t p hơn hình chữ nhật Do đó diện tích mặt cắt ngang và trọng tâm

đ ợc đ a ra trong sự tham số hóa để cung cấp dữ liệu xa hơn trên mặt cắt ngang [9]

2.4 Đi u ki n c a h thống máy

σh trình bày trong mục 8.2, cRàng buộc c a hệ thống máy là các nó h n chế về tốc độ để lo i bỏ vật liệu trong quá trình gia công Mỗi ràng buộc đ ợc đánh giá trong suốt quá trình tối u hóa để đ m b o chúng không bị vi ph m Để đánh giá những ràng buộc này với một ph ơng pháp thông th ng, một hệ số t i, R L, đ ợc

sử dụng Hệ số này đ ợc tìm nh độ lớn c a đ i l ợng lực liên kết phát sinh bỡi quá trình gia công quá m c nó giống nh ràng buộc hệ thống nh ví dụ: hệ số t i c a trục chính, R LP, đ ợc xác định

bound

act LP

Q

Q

R 

Trang 17

Trong đó Q act là năng l ợng đ ợc phát sinh trong quá trình gia công, Q bound

là giới h n t i trục chính máy σhững hệ số t i đ i l ợng lực liên kết khác, kh năng chịu tr i trục chính R LB, moment uốn , và độ uốn dao cắt R LD đ ớc xác định một cách t ơng tự hệ số t i lớn nhất giữa chúng R Lmax đ ợc xác định

, ),

,,max(

http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/giao-trinh-nguyen-ly-cat-va-dung-cu-cat.417357.html

http://vietchuan.vn/news.aspx?cate0=11

2.6 Các cách tối ưu hóa ch độ cắt

2.6.1 Tối ưu hóa lư ng ch y dao dựa trên lực cắt

Tối u hóa l ợng ch y dao là một thực tế phổ biến trong tối u hóa dựa trên lực cắt

σó điều chỉnh l ợng ch y dao ban đầu lên m c cao nhất trong những giới h n và làm gi m l ợng ch y dao trong suốt quá trình bất c khi nào l ợng ch y dao ban đầu gây ra một phép đo phụ thuộc vào lực cắt v ợt qua h n chế máy móc

Trong tối u hóa làm gi m l ợng ch y dao, hệ số t i lớn nhất R Lmax đ ợc tính cho mỗi đ ng chuyển dao σếu tất c những phép đo phụ thuộc vào lực cắt trong những giới h n t ơng ng, R Lmax sẽ nhỏ hơn 1 và l ợng ch y dao sẽ không thay đổi σếu một hoặc nhiều phép đo phụ thuộc vào lực cắt v ợt quá những giới

h n đó, R Lmax sẽ lớn hơn 1 Sau đó lực cắt cao nhất cho phép trong tr ng hợp này

Tóm tắt quá trình tối u hóa l ợng ch y dao

Hình 2.3: L ợng ch y dao tối u suy ra từ lực cắt [9]

Thay vì thay thế l ợng ch y dao ban đầu đ ợc lập trình trong mô hình dữ liệu, l ợng ch y dao v ợt quá sẽ đ ợc xây dựng thành một l ợng ch y dao mới bằng cách nhân giá trị l ợng ch y dao ban đầu với giá trị l ợng ch y dao v ợt quá Khi l ợng ch y dao ban đầu đ ợc lập trình, giá trị l ợng ch y dao v ợt quá đơn

gi n chỉ là hệ sốc a l ợng ch y dao tối u [9]

Nhận xét:

Trang 19

- Hàm mục tiêu dựa trên l ợng ch y dao theo s c bền cơ cấu máy trong gia công tiện [4]:

min

45

 Z

Z Z

Y

Z n x Z

m K V t C

P

- Ràng buộc chính

f K

P Z  Z

f K

P y  y

b a

f 

max

L

Zp Za

R

P

P 

- Ràng buộc phụ

+ L ợng ch y dao không đổi khi R Lmax 1

+ L ợng ch y dao thay đổi khi R Lmax 1

2.6.2 T ối ưu hóa dựa trên tu i b n dao

Tuổi bền dao cắt có một vai trò quan trọng trong quá trình gia công và gi m giá thành s n phẩm Tuổi bền dao đặc biệt quan trọng trong gia công các vật liệu chịu nhiệt nh : titan và thép không rỉ là những vật liệu có nhiệt cắt cao nh h ng đến bề mặt dụng cụ Th ng mong muốn để qu n lý tuổi bền dao cắt trong kho ng th i gian quy định nh : tốc độ lo i bỏ vật liệu tối u để gi m thiểu chi phí dụng cụ cắt

và th i gian thay dụng cụ Tuy nhiên, do thiếu thông tin mặt cắt ngang trong quá trình gia công, nên gây khó khăn cho ng i sử dụng máy để tối u hóa theo tuổi bền dao cắt

Tuổi bền dao cắt có thể đ ợc thể hiện với công th c Taylor m rộng [9]:

V

V x y m v b a T

C V



Trong đó T là tuổi bền dụng cụ cắt, V là c vận tốc cắt, a là chiều dày phoi, b là chiều rộng phoi, và k, m, n và C là những hằng số

Trang 20

Nhận xét:

- Hàm mục tiêu tối u hóa dựa trên tuổi bền dao tiện

max

.

1 1



x m y m m v

V V

t S V C

sin,sin

0

0

1

000

1 1

1

1 1 1

1 1

m x m y m m v v

m x m y m m v v

m x m y m m m v c

V V

V V

V V

t S V C m x

t S V C m y

t S V C m

t T S T V T

(2.10)

- Ràng buộc phụ

V, S, t > 0

2.6.3 Tối ưu hóa dựa trên khối lư ng

Mục tiêu c a tối u hóa dựa trên khối l ợng phoi bị bóc ra là duy trì tốc độ trong

quá trình lo i bỏ vật liệu trong một quá trình gia công cụ thể

Dựa trên định luật cân bằng năng l ợng, một đ i l ợng đư biết c a năng

l ợng, J c, sẽ đ ợc tiêu thụ khi khối l ợng xác định c a khối vật liệu kim lo i, M , c

đ ợc chuyển thành phoi trong suốt quá trình gia công:

c m

Q 

Trang 21

Trong đó R c là khối l ợng c a khối vật liệu kim lo i bị bóc ra t i một đơn vị

th i gian hoặc tốc độ lo i bỏ vật liệu và Q c là năng l ợng tiêu thụ để đ t đ ợc tốc

Diện tích mặt cắt ngang trong tiện là diện tích mặt cắt ngang c a phoi, là kết

qu c a chiều dày cắt a và chiều rộng phần cắt b nh mô t trong công th c (2.3)

Sự điều chỉnh l ợng ch y dao trong gia công tiện có thể làm thay đổi diện tích mặt cắt ngang và tốc độ lo i bỏ vật liệu:

Công th c (2.12) mô t mối quan hệ giữa tốc độ lo i bỏ vật liệu R c và năng

l ợng cắtQ c thông qua hệ số vật liệu K m Tuy nhiên, sử dụng công th c này để điều chỉnh năng l ợng cắt với tốc độ lo i bỏ vật liệu th ng cho ra kết qu không chính xác [5] Một trong những lý do chính cho sự không chính xác là hình d ng và điều kiện c a l ỡi cắt nh h ng m nh đến lực cắt và do đó nh h ng đến năng

l ợng cắt Hệ số vật liệu K m trong công th c (2.12) không bao gồm những nh

h ng c a hình d ng và điều kiện c a l ỡi cắt Với cùng tốc độ lo i bỏ vật liệu từ phôi xác định, thì năng l ợng có thể thay đổi đáng kể nh thay đổi điều kiện l ỡi cắt v ợt quá lớp trong quá trình cắt σgoài ra, mối quan hệ giữa tốc độ lo i bỏ vật liệu và năng l ợng cắt cũng là một hàm theo chiều dày phoi

Nhận xét

- Hàm mục tiêu tối u hóa dựa trên khối l ợng c a khối vật liệu bị bóc ra trong gia công tiện

Trang 22

max

f 

- Ràng buộc phụ

2.6.4 Tối ưu hóa dựa trên hằng số phoi

Mục đích c a tối u hóa hằng số phoi là để bù vào sự vát mỏng phoi nh h ng b i

sự gia tăng l ợng ch y dao khi chiều dày phoi gi m nh gi m tiếp xúc phôi - dao theo h ớng kính hoặc h ớng trục

Chiều dày phoi trong gia công phay rất đa d ng với góc cắt trong ăn khớp phôi-dao đ ợc xác định b i góc vào và ra c a l ỡi cắt, F st vàF ex Chiều dày phoi đ t giá trị lớn nhất khi l ỡi cắt thẳng hàng với ph ơng ch y dao, khi đó F900 và chiều dày phoi t cân bằngvới l ợng ch y dao mỗi rưnh c a dao phay f : t



sin

t

f

t  (stex)[9] (2.15) Chiều dày phoi lập trình t p đ ợc xác định nh l ợng ch y dao mỗi rưnh từ

l ợng ch y dao lập trình f tp:

t sp

d tp p

N n

f f

Khi sự tiếp xúc phôi-dao là F900, chiều dày lớn nhất c a phoi t m bằng t p Mặt khác, t m là hàm c a F st orF ex Trong phần này, t m luôn nhỏ hơn t p hiện t ợng này gọi là “phoi vát mỏng (phoi vụn)” M c độ t m lớn hơn t p gọi là hệ số phoi vát mỏng (phoi vụn) C t

Tối u hóa hằng số phoi là làm tăng l ợng ch y dao khi sự tiếp xúc phôi-dao không bao gồm F900, vì vậy chiều dày phoi lớn nhất t m lớn hơn chiều dày phoi lập trình t p Hình2 8.47 minh họa l ợng bù trừ phoi vát mỏng này Để chiều dài

Hình 8.2.47 L ợng bù bán kính phoi vát mỏng bằng cách tối u hóa hằng số phoi a L ợng ch y dao lập trình ban đầu; b L ợng ch y dao tối u [9]

σgoài ra để bù l ợng phoi vát mỏng theo ph ơng h ớng kính, ph ơng pháp hằng số phoi cũng có thể bù nh h ng phoi vát mỏngtheo ph ơng h ớng trục khi chiều dài dọc trục c a dao nhỏ hơn bán kính góc cắt nh minh họa trong hình 2.58.18

Trang 24

Hình 2.58.18 L ợng bù dọc trục phoi vát mỏng b i tối u hóa hằng số phoi [9]

a L ợng ch y dao lập trình ban đầu; b L ợng ch y dao tối u

T ơng tự những ph ơng pháp tối u hóa trên, mục đích c a tối u hóa hằng số phoi là để tìm thông số mặt cắt ngang c a tiếp xúc phôi-dao [9]

d tp p

p m

N n

f f t

t t





- Ràng buộc phụ

F ≠ 900

2.6.5 T ối ưu hóa dựa trên chi phí gia công

Hàm chi phí gia công phụ thuộc vào tốc độ cắt và l ợng ch y dao [3]

),(

1 1 3

2 1

4

S V A

C K

VS

C K

K  ML  D A A 

[3] (2.17) Trong đó:

- K: chi phí gia công, KML: hệ số chi phí liên quan tới khấu hao máy và

l ơng công nhân đ ng máy, KD: chi phí liên quan đến dao

Trang 25

min)

,

3

2 1

C K

VS

C K s v k K

)1(

0

)1(

.0

0

1 1 3

4 2 2

1

1 1 3

2 2 2

1

4 2

4 2

A A D

ML

A A D

ML

S V A

A C K V S

C K

S V A

A C K V S

C K

S K V K

Dựa trên tuổi bền dao

Dựa trên khối l ợng phoi

Dựa trên hằng số phoi

Dựa trên chi phí gia công

Trang 26

Chư ng 3

CHU N STEP-NC

Trang 27

3.1 C ấu trúc chư ng trình STEP-NC

Hình 3.1: Cấu trúc ch ơng trình STEυ-NC [8]

- HEADER: Phần khai báo bao gồm những thông tin hoặc chú gi i về tên

ch ơng trình, tác gi , ngày tháng, tổ ch c…

- υhần dữ liệu (dựa vào EσTITY …)

- Project: Bắt đầu một kế ho ch gia công

- Workplan: Xác định trình tự gia công

- Workingstep: Định nghĩa nguyên công

- Workpiece: Định nghĩa phôi gồm kích th ớc phôi, vật liệu và các thuộc tính c a vật liệu

- Security_plane: Định nghĩa mặt phẳng tham chiếu vị trí c a dao

- Machining_function: Xác định các ch c năng gia công

- Machine_ tool: Xác định dụng cụ cắt

- Technology_description: Dữ liệu công nghệ gia công (chế độ cắt, …)

- Strategy: Chiến l ợc gia công

its_workpieces : SET [0:?] OF workpiece;

its_owner : OPTIONAL person_and_address;

its_release : OPTIONAL date_and_time;

its_status : OPTIONAL approval;

END_ENTITY;

Trong đó:

Its_id : mư nhận biết một υroject Its_id cũng là một

địa chỉ c a các câu lệnh

Trang 29

main_workplan : kế ho ch gia công its_workpieces : định nghĩa phôi its _owner : ng i lập project, đơn vị its_release : thông tin ngày, gi its_status : tr ng thái hiện hành c a Project Thực hiện:

3.1.4 Trình t ự gia công (Workplan)

Cú pháp:

ENTITY workplan

SUBTYPE OF (program_structure);

its_elements : LIST[0:?] OF executable;

its_channel : OPTIONAL channel;

its_setup : OPTIONAL setup;

its_effect : OPTIONAL in_process_geometry;

nh h ng đến đặc tr ng gia công và công đo n gia công Thực hiện:

3.1.6 Thông tin v phôi (workpiece)

Cú pháp:

ENTITY workpiece;

its_id : identifier;

its_material : OPTIONAL material;

global_tolerance : OPTIONAL length_measure;

its_rawpiece : OPTIONAL workpiece;

its_geometry : OPTIONAL shape_representation;

its_bounding_geometry : OPTIONALounding_geometry_select; clamping_positions :SET [0:?] OF cartesian_point;

END_ENTITY;

Trong đó:

its_id : định địa chỉ phôi

its_material : thuộc tính c a vật liệu

Its_id=TURNING_WORKINGSTEP(' its_feature‟,its_operation, its_effect);

clamping_positions : định vị trí kẹp phôi Thực hiện:

Thông tin v v t li u phôi (material)

material_identifier: tên vật liệu

material_property: các tham số mô t thuộc tính c a vật liệu Thực hiện:

Its_id= WτRKυIECE('SIMυLE WτRKυIECE‟, its_material, global_tolerance, global_tolerance, its_rawpiece,

its_geometry, its_bounding_geometry);

Its_id= WτRKυIECE('SIMυLE WτRKυIECE‟, its_material, global_tolerance, global_tolerance, its_rawpiece,

its_geometry, its_bounding_geometry);