LẬP kế HOẠCH GIA CÔNG và sản XUẤT có sự hỗ TRỢ của máy TÍNH

Sự lựa chọn của máy công cụBước tiếp theo trong quá trình lập kế hoạch sau khi lựa chọn các hoạt động sảnxuất và trình tự là chọn các máy công cụ mà trên đó các hoạt động này có thểđược

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ

BÀI TẬP NỘP HỌC PHẦN

CAD/CAM/CNC – 101454

CHƯƠNG IIILẬP KẾ HOẠCH GIA CÔNG VÀ SẢN XUẤT CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY

TÍNH

I.Lý thuyết

Sản phẩm và những kết cấu được thiết kế để thực hiện những công việc yêucầu Công việc trong quá trình sản xuất là chế tạo những kết cấu đó đúng như trong thiết kế Các kết cấu đó được lắp ghép với nhau tạo thành sản phẩm Sử dụng máy tính hỗ trợ trong quá trình gia công và sản xuất nhận thấy đem lại nhiềulợi ích Các công nghệ có sự hỗ trợ của máy tính đã xuất hiện như CAD/CAM, và

có sự kết hợp của chúng Không chỉ gia công cắt gọt mà còn thực hiện những công việc khác như: đổ khuôn, rèn, tạo hình, chế tạo composite, vật liệu từ gốm,

…Bên cạnh đó vẫn có những giới hạn của máy móc

II Lập kế hoạch

Theo truyền thống, quá trình lập kế hoạch được thực hiện bởi các thợchuyên môn có tay nghề cao Họ có kinh nghiệm, sự hiểu biết quá trình sảnxuất ra sản phẩm dựa trên những đặc trưng của sản phẩm và khả năng đứngmáy lâu năm Kế hoạch khác nhau sẽ lập ra những quá trình khác nhau nhưng đều mắc phải vấn đề là lập kế hoạch đúng nhưng khi sản xuất lại phát sinh ra một số lỗi Vì vậy muốn thống nhất giữa lập kế hoạch và sản xuất cần có kinh nghiệm(Park 2003, Vidal, Alberti, Ciurana & Casadesus, 2005) Đó là khuyết điểm để từ đó có sự kết hợp của máy tính vào quá trìnhlập kế hoạch và sản xuất

Ý tưởng sử dụng máy tính được đưa ra lần đầu vào giữa những năm

1960 Hệ thống CAPP đầu tiên được xây dựng vào năm 1976 dưới sự hỗ trợ của tổ chức CAM-I (Cay & Chassapis, 1997) Kể từ đó, có những

nghiên cứu và phát triển rộng rãi, thống kê (Alting & Zhang, 989, Cay &

Chassapis, 1997, Marri, Gunasekaran & Grieve, 1998, Shen, Hao, Yoon & Norrie, 2006, Zhang & Xie, 2007)

Lập kế hoạch là cầu nối giữa thiết kế và sản xuất giúp diễn giải những đặc điểm ở thiết kế vào sản xuất Vì vậy, kế hoạch là chỉ dẫn để kết nối các kết cấu, các part lại, hoặc nó được định nghĩa bởi SME : “ Lập kế hoạch là sự xác định có hệ thống cách thức sản xuất ra sản phẩm có tính kinh tế và sự cạnh tranh” Xuất hiện những câu hỏi, những hoạt động cần

để từ phôi tạo ra kết cấu hoàn chỉnh Bắt đầu từ sự lựa chọn vật liệu và kết thúc và tạo ra part Câu trả lời là cần xác định bản chất thông tin và hoạt động để hình thành lên kế hoạch

Các bước cơ bản để lập kế hoạch

Phân tích yêu cầu chi tiết

Yêu cầu về part cần được rõ rang về kích thước, và các đặc tính hóa lý Số vòng quay, khả năng chịu đựng cần thiết

Hình 3.1 :

Phân tích yêu cầu chi tiết là bước đầu tiên trong quá trình Thiết kế hay xâydựng chi tiết là cần phân tích Ví dụ như mặt phẳng, mặt trụ, côn, bước, rìa, lượn Những đặc điểm đó sẽ được dịch và đưa vào máy sản xuất Máy hiểu là hốc, rãnh,lỗ,…Những điều trên được công nhận

Ví dụ thiết kế một chi tiết như hình 3.2 Chúng ta cần cung cấp cho máy những đường chạy dao phù hợp với biên dạng cần gia công

Chọn phôi

Chọn phôi là yếu tố quang trọng Nó bao gồm chọn kích thước, hình dạng

và vật liệu Ví dụ, hình dạng có thể dạng que, tấm hay miếng kim loại thô

Hình 3.2

Kích thước cần phù hợp với máy, nó là yếu tố quyết định đến chọn phôi Khối lượng và vật liệu Khối lượng và vật liệu của phôi thường do yêu cầu gia công đề ra

Xác định quá trình sản xuất và các hoạt động

Bước tiếp theo trong quá trình là xác định quá trình sản xuất thích hợp để gia công phôi theo những đặc điểm, kích thước, khả năng chịu lực hợp lý Có các cách để thiết kế Đôi khi có một vài ràng buộc như khả năng truy nhập, lắp đặt yêu cầu Hơn nữa, các loại máy gia công cắt gọt khi gia công một loạt các kích thước cần có các hoạt động Ví dụ, quá trình gia công tối ưu trên các máy 3 trục, 4trục nhưng không tối ưu trên các máy 5 trục Tương tự, dụng cụ có sẵn và dụng

cụ có đặc điểm riêng biệt có thể thay đổi liên tục Tiêu chuẩn chung để ước lượng những thay đổi đó là số lượng và chất lượng của những sản phẩm được sản xuất hiệu quả của máy móc

Độ nhám bề mặt và sức chịu đựng có ảnh hưởng đến quá trình gia công Ví

dụ, chế tạo phôi thành lỗ có độ nhám bề mặt thấp và có sức chịu đựng thường là khoan Một phôi tương tụ có độ nhám bề mặt thấp và có sức chịu đựng thì khoan một lỗ đơn giản và sẽ thu được chất lượng tốt

Đôi khi chu trình bị ràng buộc bởi những thứ khác Ví dụ, ở 3.3, mỗi part đều được tự do Những lỗ khoan phải được thực hiện trước khi phay mặt đầu bởi

vì sẽ không khoan được nếu chưa phay mặt đầu Tuy nhiên, nếu sau khi phay mặt đầu thì sẽ phay tinh trước khi khoan

Vật cắt cứng sẽ ảnh hưởng đến quá trình gia công Ví dụ, ở 3.3(b), cần được khoan trước khi tạo ren Nếu tạo ren trước khi khoan sẽ bị cong phôi Gia công lỗ 2 và lỗ 3 thì tùy thuộc vào bề mặt Nếu 2 lỗ gia công có tính đồng tâm thì khoan nó cần 1 lần chu trình gia công từ 2 phía Ren sẽ không được chấp nhận nếu lỗ được tạo lại Đó là những ví dụ đơn giản để chứng minh về những yêu cầu khi chọn phôi để gia công

Page 4

Sự lựa chọn của máy công cụ

Bước tiếp theo trong quá trình lập kế hoạch sau khi lựa chọn các hoạt động sảnxuất và trình tự là chọn các máy công cụ mà trên đó các hoạt động này có thểđược thực hiện mot số lượng lớn các yếu tố trong việc lựa chọn một công cụmáy Chúng là :

-Các thuộc tính liên quan đến phôi như vật liệu, các loại tính năng cần thực hiện, kích thước của phôi gia công, dung sai chiều và dạng nguyên liệu thô

-Các thuộc tính liên quan đến công cụ máy như khả năng xử lý, kích thước, chế

độ hoạt động (ví dụ: thủ công, bán tự động, tự động và được kiểm soát bằng số), loại hoạt động (ví dụ: xoay, phay và xay), khả năng dụng cụ (ví dụ: kích thước và loại của tạp chí công cụ) và khả năng thay đổi công cụ tự động Chương VIII cho biết sự tính toán chi tiết về các loại máy công cụ khác nhau

-Thông tin liên quan đến khối lượng sản xuất như số lượng và đơn đặt hàng sản xuất

Nhìn chung, có ba tiêu chí cơ bản để đánh giá tính phù hợp của máy công cụ để thực hiện một thao tác Đó là chi phí sản xuất đơn vị, thời gian sản xuất và chất lượng Có nhiều phương pháp phân tích được đề xuất Những phương pháp này không phải luôn luôn mang lại kết quả thỏa mãn vì số lượng lớn các yếu tố liên quan Thay vào đó, một chuyên gia thể hiện một số kiến thức định tính và định lượng của các máy công cụ thường được coi là một giải pháp hữu ích trong quy hoạch quy trình Nó có thể đề xuất các may công cụ thay thế cho các hoạt động khác nhau trên phần Sau đó, người dùng có thể xây dựng các kế hoạch thay thế bằng cách sử dụng thông tin này

Chọn trên máy cắt, công việc phát triển và kiểm tra trang thiết bị

Một sự kết hợp của các công cụ máy thường và công cụ cắt được yêu cầu để tạo một đối tượng sản phẩm từ phôi Việc lựa chọn các công cụ máy thường và công

cụ cắt thiết bị làm việc và thiết bị kiểm tra chủ yếu dựa trên các tính năng từng phần Ví dụ, nếu yêu cầu không quá về độ nhẵn bóng trên bề mặt thì một máy công cụ cnc và công cụ thường đều có thể làm được Hơn nữa, các công cụ cắt cụ thể như rakes, clearances, bán kính cắt cạnh và mũi đều được xác định tương ứng Thảo luận chi tiết về công cụ trên các máy công cụ CNC được đưa ra trong

(b) lỗ tương tác với khe chỗ trống ,khe cắm, lỗ 1, lỗ 2, lỗ 3 Ví dụ, mân cặp có thể chứa các phần lăng trụ; mặt dạng được sử dụng để kẹp hình dạng không đều phôi,

đồ gá được thiết kế để có các bề mặt và điểm tham chiếu khác nhau cho liên kết chính xác các bộ phận và công cụ Tuy nhiên, đồ gá được thiết kế cho các hình dạng đặc biệt và kích thước của các bộ phận (Rong & Zhu, 1999)

Thiết bị kiểm tra là cần thiết để đảm bảo độ chính xác, dung sai và bề mặt Các danh mục chính bao gồm kiểm tra trực tuyến và ngoại tuyến trang thiết bị ChươngXIV trình bày một mô hình kiểm tra trực tuyến (trên máy) Trong trường hợp kiểmtra ngoại tuyến, máy đo độ phối hợp (CMM) thường được sử dụng

Xác định điều kiện gia công và thời gian sản xuất

Có xác định vật liệu phôi, máy công cụ thường và máy công cụ cắt, câu hỏi là những gì có thể được dùng để giảm chi phí và tăng năng suất Các biến có thể điềukhiển cho các qui trình gia công (ví dụ: qui trình phay) chủ yếu là cắt tốc độ (v), nguồn cấp dữ liệu (f) và chiều sâu / chiều rộng cắt (ap hoặc ae) v, f, ap và ae được gọi là điều kiện gia công Có một số mô hình để xác định điều kiện gia công tối ưu Các mô hình được sử dụng phổ biến nhất là mô hình chi phí tối thiểu và môhình tỷ lệ sản phẩm tối đa

Tối thiểu, giá cả, mô hình

Trong mô hình chi phí tối thiểu, mục tiêu là xác định các điều kiện gia công để có thể đạt được chi phí tối thiểu Chi phí trung bình cho mỗi phần để sản xuất phôi gia công bao gồm các thành phần sau (Singh, 1996):

Cu= chi phí phi sản xuất cho mỗi chi tiết

Page 6

+thời gian gia công chi phí cho mỗi chi tiết

+công cụ thay đổi chi phí cho mỗi chi tiết

+chi phí dụng cụ cho mỗi chi tiết

Hoặc

Cu = cot1 + cotc + cotd(tac/T) +ct(tac/T)

Công thức tuổi thọ dao là hàm của tốc độ cắt (v) được biểu thị bằng vTh= C

trong đó:

co: tỷ lệ chi phí bao gồm chi phí lao động và tổng chi phí ($ / phút)

ct: công cụ chi phí cho mỗi cạnh cắt, mà phụ thuộc vào loại công cụ được sử dụng C: hằng số trong phương trình công cụ , vTh= C

v: tốc độ cắt(m/phút)

f: tốc độ quay (mm/vòng) d: chiều sâu cắt (mm)

n: số mũ trong công thức tuổi thọ dao

t1: thời gian không sản xuất bao gồm bốc tải và thời gian không tải(phút)

tc:thời gian gia công cho mỗi chi tiết(phút/chi tiết)

td: thời gian để thay đổi một cạnh cắt (phút)

tac: thời gian cắt thực tế trên một vhi tiết, xấp xỉ bằng tc, (phút / chit tiết) T : tuổi thọ dao (phút)

Hãy xem xét một hoạt động quay một lần Nếu L, D và f là chiều dài cắt (mm), đường kính của phôi (mm) và tốc độ quay (mm / vòng), tương ứng, thì thời gian cắt mỗi phần cho một thao tác một lần là:

πLD LD tc ≈ tac = 1000vf

Khi thay thế các giá trị này cũng như phương trình tuổi thọ dao trong phương trìnhchi phí cho mỗi phần, chi phí cho mỗi thành phần Cu có thể được biểu diễn dưới dạng hàm của v (giả sử rằng tốc độ nguồn cấp dữ liệu và độ sâu cắt thường được gắn với giá trị cho phép của chúng):

Cu = f(v)

Do đó, tốc độ cắt chi phí đơn vị tối thiểu có thể được tìm kiếm, vì vậy có thể có tuổi thọ dụng cụ tối ưu cho chi phí

Page 8

Tối đa tỉ lệ mô hình sản xuất

Trong tối đa tỉ lệ mô hình sản xuất, vấn đề chi phí bị bỏ qua Mục tiêu là để cóđược tốc độ sản xuất tối đa hoặc nói cách khác là thời gian sản xuất tối thiểu.Thời gian sản xuất mỗi phần có thể được thể hiện như sau (Singh, 1996),

Tu: thời gian không saen xuất trên mỗi chi tiết (t1)

+thời gian gia công mỗi chi tiết ( tc)

+thời gian thay dao cho mỗi chi tiết (t1) Hoặc

Tu = t1 + tc + td( tac/T)

Tốc độ cắt tối ưu đảm bảo tốc độ sản xuất tối đa và tuổi thọ dao tương ứng có thểđạt được

Thời gian sản xuất

Giả sử rằng kích thước lô là Q thì thời gian dẫn trung bình ( Tl) để xử lý các đơn

vị này là

Tl = ts + TuxQ

Trong đó ts: thời gian thiết lập

Một lần nữa, sáu bước trên không phải lúc nào cũng được thực hiện tuần tự; chúng được kết nối với nhau Ví dụ, xác định các hoạt động sản xuất, việc lựa chọn các công cụ máy móc và các công cụ cắt thường là các nhiệm vụ liên quan đến nhau, bất kỳ nhiệm vụ nào trong số đó không thể được thực hiện tách biệt với các công cụ khác

Phương pháp tiếp cận quy trình chính

Các phương pháp tiếp cận chính để lập kế hoạch quy trình là phương pháp dựa trên kinh nghiệm thủ công và phương pháp lập kế hoạch quy trình hỗ trợ bằng máy tính

Phương pháp lập kế hoạch dựa trên kinh nghiệm thủ công

Phương pháp lập kế hoạch quy trình dựa trên trải nghiệm thủ công vẫn được sử dụng rộng rãi Các bước cơ bản liên quan về cơ bản là giống như mô tả ở trên Vấn đề lớn nhất với cách tiếp cận này là nó tốn thời gian và các kế hoạch được phát triển trong một khoảng thời gian có thể không nhất quán

Tính khả thi của quá trình lập kế hoạch phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thiết kế và tính khả dụng của các máy công cụ Ngoài ra, một kế hoạch xử lý có một sự hỗ trợ tuyệt vời đối với nhiều hoạt động sản xuất như lập kế hoạch và phân bổ máy công

cụ Do đó, để phát triển một kế hoạch xử lý thích hợp (chưa kể đến một kế hoạch tối ưu), các nhà lập kế hoạch quy trình phải có kiến thức và kinh nghiệm đầy đủ

Có thể mất một thời gian tương đối dài và thường tốn kém để phát triển kỹ năng của một người lập kế hoạch thành công Lập kế hoạch quy trình hỗ trợ máy tính đã được phát triển để khắc phục những vấn đề này ở một mức độ nhất định

Phương pháp lập kế hoạch quy trình hỗ trợ máy tính

Tại sao lập kế hoạch hỗ trợ máy tính? Như đã đề cập trước đó, mục đích chính của quy hoạch quy trình là dịch các yêu cầu thiết kế thành các chi tiết về quy trình sản xuất Điều này cho thấy một hệ thống chuyển tiếp dữ liệu trong đó thông tin thiết

kế được xử lý bởi hệ thống lập kế hoạch quy trình để tạo ra các chi tiết về quy trìnhsản xuất Thật không may, đây không phải là những gì được mong đợi trong một môi trường kỹ thuật đồng thời, với mục tiêu là tối ưu hóa hiệu năng hệ thống trong bối cảnh toàn cầu Do đó, có một sự cần thiết phải tích hợp hệ thống lập kế hoạch quy trình vào các tổ chức liên kết Ví dụ, nếu thay đổi được thực hiện cho một thiết

kế, người ta phải có khả năng quay trở lại trên một mô-đun CAPP để nhanh chóng tạo lại các ước tính chi phí cho những thay đổi thiết kế này Tương tự, nếu có sự cố

về một (các) máy trên cửa hàng, hệ thống lập kế hoạch quy trình phải có khả năng tạo ra các kế hoạch thay thế để giải pháp tiết kiệm nhất cho tình huống có thể được

áp dụng

Chương VII đưa ra một tài khoản chi tiết về một môi trường tích hợp như vậy Trong bối cảnh tương tác vô số các chức năng khác nhau của một tổ chức và thay đổi năng động diễn ra trong các khu vực chức năng này, việc sử dụng máy tính trong quy hoạch lập kế hoạch cần thiết (Singh, 1996)

So với việc chuẩn bị công nghệ bằng tay dựa trên kinh nghiệm, việc sử dụng máytính để chuẩn bị công nghệ cũng đem lại những lợi ích sau:

 Tạo ra một cách có hệ thống các quy trình công nghệ chính xác và nhấtquán;

 Tiết kiệm chi phí và rút ngắn tiến độ của quá trình chuẩn bị công nghệ;

 Giảm bớt các yêu cầu trình độ chuyên môn của người thiết kế;

 Tăng năng suất của người thiết kế;

 Có khả năng tương tác và tích hợp với nhiều chương trình ứng dụng như ướctính giá thành, tiến độ sản xuất cũng như tiêu chuẩn công việc

Hai phương pháp chính được sử dụng trong chuẩn bị công nghệ có trợ giúp của

máy tính là phương pháp kế thừa và phương pháp sản sinh.

Phương pháp kế thừa

Trong phương pháp chuẩn bị công nghệ kế thừa, người ta xây dựng quy trìnhcông nghệ cho một chi tiết mới bằng cách tìm kiếm, nhận biết và sử dụng lại mộtquy trình công nghê đã có sẵn cho chi tiết tương tự, đồng thời tạo ra những thayđổi cần thiết cho chi tiết mới đó (như hình 3.4) Hầu hết các quy trình công nghệ

đều được tạo ra cho nhiều nhóm chi tiết Các chi tiết máy như vậy được gọi là chi tiết gốc Sở dĩ, người ta có thể phân nhóm các chi tiết là nhờ vào các đặc tính

tương đồng trong thiết kế cũng như nhằm tận dụng các phương pháp sản xuất

Có rất nhiều phương pháp được đưa ra nhằm phân nhóm các chi tiết Trong số

đó, công nghệ nhóm (GT - Group Technology) là một phương pháp phổ biến Hình3.5 biểu diễn các chi tiết quay tuy khác nhau nhưng đều có thể được gia công bằngmáy tiện Một thay đổi trong các chi tiết thuộc nhóm này sẽ chỉ cần một phầnchương trình mới để tạo đường bao mới Việc thay đổi công cụ trong trường hợpnày có lẽ không cần thiết

Hình 3.4: Phương pháp kế thừa trong chuẩn bị công nghệ bằng máy tính