Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nhóm trong tự động hoá thiết kế quy trình công nghệ chế tạo có trợ giúp máy tính

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nhóm trong tự động hoá thiết kế quy trình công nghệ chế tạo có trợ giúp máy tính Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nhóm trong tự động hoá thiết kế quy trình công nghệ chế tạo có trợ giúp máy tính Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nhóm trong tự động hoá thiết kế quy trình công nghệ chế tạo có trợ giúp máy tính

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHÓM TRONG

TỰ ĐỘNG HOÁ THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

CHẾ TẠO CÓ TRỢ GIÚP MÁY TÍNH

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

MÃ SỐ : CHU ĐỨC HOÀ

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS TRẦN XUÂN VIỆT

HÀ NỘI 10/2006

Lời cam đoan

Tôi là : Chu Đức Hòa

Nơi công tác : Trường Cao Đẳng Cộng Đồng Hải Phòng

Tên đề tài : “ Ứng dụng công nghệ nhóm trong tự động hoá thiết kế quy trình công nghệ chế tạo có trợ giúp máy tính”

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của riêng tôi Các kết quả và

số liệu trong luận văn là trung thực, chính xác

Hà Nội, ngày 05 tháng 10 năm 2006

Người viết

Chu Đức Hòa

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trần Xuân Việt cùng các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ chế tạo máy-Khoa Cơ khí, Trung tâm đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình hướng dẫn, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành bài luận văn này

1.2 Mục đích của đề tài1 71

1

5.2 Kiến nghị1 911

Để giải quyết nhu cầu linh hoạt hoá một dây chuyền sản xuất, hay các hệ thống tự động riêng lẻ thành một hệ thống duy nhất, một yêu cầu không thể thiếu được đó là sự trợ giúp của các máy tính điện tử (Computer), của mạng máy tính nội bộ (LAN) hoặc hơn nữa là mạng Internet Hiện nay, trên thế giới

đã phát triển rất nhiều các hệ thống sản suất tích hợp có trợ giúp máy tính (CIM) bao gồm: thiết kế, lập quy trình có trợ giúp máy tính (CAP), lập kế hoạch sản xuất và kiểm tra (PP&C), kiểm tra chất lượng có trợ giúp máy tính (CAQ) và sản xuất có trợ giúp máy tính Mỗi hãng sản suất lại ứng dụng một phần mềm và hệ thống phần cứng khác nhau

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, hiện nay các mặt hàng công nghiệp có yêu cầu thay đổi hoặc cải tiến liên tục về kỹ thuật và mỹ thuật Điều đó dẫn đến việc phải rút ngắn giai đoạn chuẩn bị sản xuất, đặc biệt

là chuẩn bị công nghệ cho sản xuất cơ khí Trong những năm gần đây, người

ta đã sử dụng các hệ thống tự động việc chuẩn bị công nghệ trong sản xuất

Đó là một hệ thống mà trong đó hơn 60% khối lượng công việc kỹ thuật được

hoàn thành một cách tự động trên máy tính Đầu vào của hệ thống là các tài liệu kết cấu, còn đầu ra là các số liệu phục vụ cho sự hoạt động bình thường của hệ thống tự động điều khiển quá trình sản xuất

Các phân tích trên cho thấy nhu cầu nghiên cứu, thiết kế và ứng dụng máy tính vào việc thiết kế, lập kế hoạch, tổ chức sản xuất cũng như quản lí cơ

sở dữ liệu là một nhu cầu tất yếu, cần thiết đối với nền sản xuất cơ khí vào thời điểm hiện nay

Hiện nay ở nước ta, việc nghiên cứu ứng dụng sự trợ giúp của máy tính vào việc thiết kế, lập quy trình công nghệ, lập kế hoạch sản xuất tiến tới xây dựng các hệ thống FMS&CIM mới chỉ được bắt đầu Các phần mềm ứng dụng, đặc biệt là các phần mềm bằng tiếng Việt, hầu như chưa có Thêm vào

đó, việc chưa có một hệ quản trị cơ sở dữ liệu thống nhất trên máy tính đã làm cho việc thiết kế tự động trở nên khó khăn, việc hệ thống và sử dụng lại các

dữ liệu là gần như không thể thực hiện được

Cùng với các tiến bộ vượt bậc của khoa học máy tính, các ngôn ngữ lập trình được hỗ trợ ngày càng nhiều các tính năng nổi trội hơn, khả năng kết nối đến tất cả các mặt của cuộc sống cũng như nền sản xuất đã làm cho các phần mềm ứng dụng trước đây, đặc biệt là các phần mềm bằng tiếng Việt, nhanh chóng trở nên lạc hậu không những về các giao thức làm việc, tính năng sử dụng mà còn cả về khả năng xử lý, kết nối, điều khiển các quá trình sản xuất

Do các lý do trên, đề tài : Ứng dụng công nghệ nhóm trong tự động hoá thiết kế quy trình công nghệ chế tạo có trợ giúp máy tính nhằm góp một phần

vào việc nghiên cứu, tìm hiểu và tiến tới ứng dụng các tính năng của máy tính vào tổ chức, quản lý, thiết kế quá trình sản xuất cơ khí trong thực tiễn ở nước

ta

1.2 Mục đích của đề tài

Nằm trong mục đích chung nghiên cứu ứng dụng máy tính vào trong thiết kế, lập kế hoạch, tổ chức sản xuất và quản lí hệ cơ sở dữ liệu công nghệ,

đề tài nghiên cứu đặt ra hai mục đích chính sau : xây dựng hệ quản lý cơ sở

dữ liệu và chương trình máy tính tự động hoá thiết kế quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí

1.2.1 C ơ sở dữ liệu

Việc tổ chức, xây dựng một hệ quản lý các cơ sở dữ liệu cho việc thiết

kế các quy trình công nghệ nhằm các mục đích chính sau :

- Đưa các dữ liệu trước đây đang lưu trữ ở nhiều dạng khác nhau thành các dữ liệu mà máy tính có thể hiểu và sử dụng được

- Thành lập một hệ quản lý chung, tiến tới xây dựng một ngân hàng dữ liệu dùng chung cho việc thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nói riêng và các ứng dụng khác trong lĩnh vực cơ khí nói chung

- Từng bước hệ thống, phân loại các dạng dữ liệu trang thiết bị, dữ liệu công nghệ

- Đáp ứng nhu cầu sử dụng của nhiều người cùng lúc với cùng một hệ cơ

sở dữ liệu thống thất

Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài đưa ra các mục đích cụ thể sau :

- Xây dựng hệ quản lí cơ sở dữ liệu cơ bản về trang thiết bị máy móc, dụng cụ cắt, vật liệu

- Xây dựng hệ quản lí cơ sở dữ liệu công nghệ : sơ đồ định vị, sơ đồ gá đặt, cơ cấu kẹp, đồ định vị, đồ gá

- Xây dựng hệ quản lí cơ sở dữ liệu về các phần tử định dạng cho chi tiết gia công, các phương pháp gia công

1.2.2 Chương trình máy tính

Dựa trên các công cụ lập trình, các thuật toán công nghệ, trên cơ sở ứng dụng công nghệ nhóm, lôgíc tạo hình chi tiết, lôgíc thiết kế quy trình công nghệ đề tài xây dựng phần mềm đạt được các mục đích sau :

- Phân nhóm các chi tiết gia công

- Thiết kế sơ bộ quy trình công nghệ cho chi tiết cơ khí, cho nhóm các chi tiết cơ khí

- Đưa kết quả ra các phiếu công nghệ, tối ưu hoá sản xuất

1.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu ứng dụng máy tính vào tự động hoá sản xuất là một quá trình nghiên cứu sâu rộng trên nhiều phương diện và lĩnh vực khác nhau Đề tài nghiên cứu đặt ra phạm vi nghiên cứu như sau :

- Hệ thống và xây dựng hệ quản lý dữ liệu các thông số kỹ thuật cho các trang thiết bị, máy móc phổ biến hiện nay

- Xây dựng chương trình thiết kế quy trình công nghệ cho chi tiết cơ khí, nhóm sản phẩm cơ khí trên cơ sở công nghệ nhóm, lý thuyết công nghệ và các

lôgíc tạo hình

- Ứng dụng phần mềm cho chi tiết gia công dạng trục, bạc

1.4 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Trong phạm vi nghiên cứu và mục đích của đề tài, khi hoàn thiện đề tài

có các ý nghĩa thực tiễn sau đây :

- Bước đầu hệ thống hoá các thông số dữ liệu về trang thiết bị cơ bản, qua đó thành lập một hệ quản lí cơ sở dữ liệu tiến đến xây dựng ngân hàng dữ liệu dùng chung cho thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí, quy hoạch mặt bằng phân xưởng cũng như tổ chức quá trình sản xuất

- Đưa ra được quan điểm mở về việc tiêu chuẩn hoá quá trình công nghệ thông qua việc mã hoá các phần tử hình dạng của sản phẩm cơ khí, phương pháp gia công tương ứng cho phần tử hình dạng đó tuỳ theo người sử dụng và đối tượng áp dụng

- Chương trình bước đầu đưa ra được quy trình công nghệ sơ bộ cho chi tiết cơ khí, cho phép phân nhóm, lập quy trình nhóm sản phẩm cơ khí Trên

cơ sở quy trình sơ bộ đó, người dùng tiếp tục hoàn thiện quy trình công nghệ

và kết xuất ra phiếu công nghệ

- Tối ưu hoá phân xưởng sản xuất, tối ưu hoá thứ tự gia công các chi tiết trong nhóm trên cơ sở các phép toán tối ưu

- Bước đầu có thể áp dụng vào việc thiết kế các quy trình công nghệ chế tạo, gia công nhóm, tổ chức sản xuất

Chương 2 : TỔNG QUAN

2.1 Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu đã có

2.1.1 Cơ sở dữ liệu cho các chương trình

Các nghiên cứu trước đây, bằng tiếng Việt, hầu như chưa xây dựng được một hệ quản lý cơ sở dữ liệu đúng nghĩa bằng các hệ quản trị cơ sở dữ liệu Phần lớn các dữ liệu đều chưa được lưu trữ, các dữ liệu đã được lưu trữ thì hầu hết được lưu trực tiếp trong câu lệnh lập trình, do đó có những nhược điểm như sau :

- Không có khả năng lưu trữ được khối lượng dữ liệu lớn, các dạng dữ liệu khác nhau

- Tính hệ thống không cao, không lưu trữ được các dạng dữ liệu có quan

kế giao diện Hầu hết các giao diện phải vẽ bằng câu lệnh khi sử dụng các ngôn ngữ như Pascal, C, C++ Do đó các giao diện làm việc của các phần mềm còn khá đơn giản, thô sơ

Kết quả của chương trình máy tính trong các nghiên cứu trước đây hầu hết là chưa hoàn thiện Điều này là do hạn chế về mặt ngôn ngữ lập trình cũng như việc chưa thiết kế được một hệ quản lý cơ sở dữ liệu đầy đủ để cung cấp các dữ liệu cho bài toán Các thông số đầu vào phải mã hoá tương đối phức

tạp, các kết quả đầu ra đơn giản, chưa chuyển được thành các phiếu công nghệ để sử dụng cho sản xuất trực tiếp

- Phương pháp phân loại cũng như mã hoá các phần tử hình dạng cho chi tiết cơ khí trong các đề tài nghiên cứu trước đây còn phụ thuộc quá nhiều vào người lập trình, người dùng không thể thay đổi được các hình thức mã hoá cũng như các phương pháp gia công tuỳ theo điều kiện thực tế yêu cầu Do

đó, khả năng mở rộng, thêm mới cũng như thay đổi cách mã hoá là không thể thực hiện được nếu không can thiệp vào nội dung câu lệnh của chương trình

2.2.2 Chương trình máy tính

- Khi thiết kế quy trình công nghệ cho chi tiết gia công, sau khi cung cấp

tự động một quy trình công nghệ sơ bộ cho sản phẩm, chương trình không tiếp tục cung cấp các công cụ để người dùng tiếp tục hoàn thiện đầy đủ hoặc sửa đổi lại theo nhu cầu sử dụng thực tế

- Quy trình công nghệ được thiết kế còn độc lập với các thông số khác như máy móc, trang thiết bị phân xưởng

- Trong quá trình phân nhóm cho các chi tiết gia công, các thông số đặc trưng cho nhóm bị cố định chặt chẽ bởi nội dung chương trình, do vậy trong khi sử dụng, các nhóm sản phẩm được phân sẽ bị giới hạn ở một số nhóm đối tượng nhất định Điều này làm cho việc ứng dụng chương trình trở nên kém linh hoạt và phạm vi ứng dụng bị thu hẹp rất nhiều

- Các kết quả đưa ra không được cung cấp các công cụ để hiệu chỉnh, sửa đổi và hoàn thiện lại

- Các kết quả của chương trình sau khi hoàn thành trong các chương trình trước đây mới chỉ được kết xuất ra màn hình, chưa đưa ra được dưới dạng các phiếu công nghệ, do đó việc ứng dụng trong thực tế còn nhiều hạn chế

- Giao diện các chương trình sử dụng trước đây còn kém thân thiện với người dùng, phần lớn là do hạn chế của ngôn ngữ lập trình sử dụng không được hỗ trợ nhiều về các tính năng thiết kế giao diện

2.3 Những vấn đề luận văn tập trung giải quyết

- Xây dựng một hệ quản lí cơ sở dữ liệu các trang thiết bị (máy, dụng cụ cắt…), dữ liệu các phần tử hình dạng, phương pháp gia công cho các phần tử định dạng Các dữ liệu này, bao gồm cả các dữ liệu định dạng chi tiết, phương pháp gia công, đều phải có khả năng cập nhật, sửa đổi tuỳ theo nhu cầu người

sử dụng

- Xây dựng phương pháp quản lý các dữ liệu công nghệ (các phần tử hình dạng, phương pháp gia công, sơ đồ định vị, gá đặt ) linh hoạt hơn, hướng tới người dùng và đối tượng sản xuất cụ thể, ít phụ thuộc vào các câu lệnh lập trình

- Xây dựng chương trình giải quyết bài toán thiết kế quy trình công nghệ

sơ bộ cho chi tiết gia công trên cơ sở công nghệ nhóm, phân nhóm, ghép nhóm chi tiết và thiết kế quy trình công nghệ nhóm Cung cấp các công cụ để người dùng hoàn thiện các quy trình công nghệ theo nhu cầu thực tế, kết xuất kết quả ra màn hình, các phiếu công nghệ, lưu trữ để sử dụng lại và làm cơ sở

dữ liệu cho các lần thiết kế sau

- Ứng dụng chương trình cho các chi tiết dạng trục, bạc

Chương 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Cơ sở lý thuyết

3.1.1 Cơ sở lý thuyết về thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí

Mục tiêu của chuẩn bị (thiết kế) công nghệ cho sản xuất cơ khí là đảm bảo cho quá trình sản xuất diễn ra tin cậy, ổn định theo quy mô và điều kiện sản xuất, để đạt hiệu quả sản xuất tốt (chất lượng sản phẩm tốt, năng suất lao động cao, chi phí sản xuất ít), đảm bảo cho sản phẩm cơ khí được chế tạo có

đủ sức cạnh tranh trên thị trường

Chức năng của chuẩn bị công nghệ cho sản xuất cơ khí bao gồm:

- Thiết kế và thử nghiệm quá trình công nghệ và dây chuyền công nghệ chế tạo sản phẩm cơ khí

- Giám sát và điều hành quá trình công nghệ và đây chuyền công nghệ trong thực tế sản xuất đạt hiệu quả tốt

Hình 3.1 Chức năng quy hoạch và điều khiển của công việc chuẩn bị công nghệ

Nội dung chuẩn bị công nghệ cho sản xuất cơ khí bao gồm :

- Lập các phương án về quá trình công nghệ và dây chuyền công nghệ có tính kinh tế - kỹ thuật phù hợp với quy mô và điều kiện sản xuất cụ thể

- Xác định phương án tối ưu cho quá trình công nghệ và dây chuyền công nghệ trong số các phương án khả thi

Công việc thiết kế quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí còn tuỳ thuộc vào điều kiện thiết kế, như là: cho cơ sở sản xuất sẽ được tạo lập mới

Dữ liệu ban đầu

Dây chuyền công nghệ

Chuẩn bị công nghệ

Kết quả sản xuất

hay là cho cơ sở sản xuất đang hoạt động; nghĩa là quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí phải được thiết kế phù hợp với điều kiện sản xuất về các mặt: năng lực và trình độ sản xuất, tiềm năng phát triển về khoa học kỹ thuật

và công nghệ, khả năng về vốn và nguồn đầu tư để triển khai sản xuất, v.v

3.1.1.1 Yêu cầu kinh tế và kỹ thuật

Khi thiết kế quy trình công nghệ và dây chuyền công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí, cần phải đảm bảo những yêu cầu kinh tế và kỹ thuật sau :

- Đảm bảo điều kiện kỹ thuật theo bản vẽ chi tiết (độ chính xác IT, độ nhám, độ cứng, vị trí tương quan, v.v )

- Đảm bảo hệ số sử dụng vật liệu và hệ số tương quan về thời gian gia công

- Đảm bảo chi phí gia công thấp để có giá thành gia công thấp thích hợp với điều kiện sản xuất (năng lực sản xuất, phát triển về khoa học kỹ thuật và công nghệ, tổ chức sản xuất, vốn, cơ sở sản xuất sẽ tạo lập mới hay là có sẵn, vv )

3.1.1.2 Yếu tố kỹ thuật, thời gian và không gian

Quy trình công nghệ được triển khai thực hiện tại một đơn vị mặt bằng sản xuất cụ thể gọi là dây chuyền công nghệ Các yếu tố phải thiết kế và chuẩn bị xét về mặt công nghệ đế tạo lập ra đây chuyền công nghệ và quy trình công nghệ đáp ứng nhu cầu sản xuất cơ khí là:

- Yếu tố kỹ thuật bao hàm phương pháp - thiết bị - trang bị- dụng cụ - chế độ công nghệ, giải pháp cơ khí hóa - tự động hóa, kỹ thuật an toàn và vệ sinh công nghiệp,

- Yếu tố thời gian bao hàm các giải pháp công nghệ - khoa học lao động vv để đảm bảo chu kỳ sản xuất ngắn nhất

- Yếu tố không gian bao hàm các giải pháp quy hoạch mặt bằng sản xuất vv để có chi phí nhà xưởng và chi phí vận chuyển trong sản xuất là ít nhất Mối quan hệ giữa các yếu tố trên (kỹ thuật, thời gian, không gian) theo 3 chiều; mà khi thiết kế quy trình công nghệ phải quan tâm 2 yếu tố kỹ thuật và thời gian, còn khi thiết kế và tổ chức dây chuyền công nghệ phải quan tâm thêm yếu tố thứ 3 là không gian đó là quy hoạch mặt bằng sản xuất để thực hiện, triển khai quy trình công nghệ Đó chính là mối quan hệ tương đồng theo ba trục tuỳ thuộc vào quy mô và điều kiện sản xuất cụ thể Mối quan hệ

đó được thể hiện như sau:

Hình 3.2 : Mối quan hệ giữa các yếu tố kỹ thuật – không gian và thời gian

Yếu tố kỹ thuật là giải pháp kỹ thuật sản xuất được áp dụng để gia công chi tiết cơ khí, bao hàm các vấn đề: phương pháp gia công, máy - trang bị và dụng cụ gia công, mức độ cơ khí và tự động hoá sản xuất, chế độ cắt, v.v Yếu tố thời gian có xét đến phương thức di chuyển hoặc vận động của đối tượng gia công (phôi, bán thành phẩm, chi tiết) giữa các trạm công nghệ (máy) và thứ tự gia công của từng kiểu, cỡ, loại chi tiết trên dây chuyền gia công, sao cho chu kỳ gia công là ngắn nhất hoặc tối ưu Trong thực tế, đối tượng gia công thường có các phương thức vận động (di chuyển) giữa các trạm công nghệ (máy) trên dây chuyền gia công như sau:

- Di chuyển lần lượt và tuần tự

- Di chuyển song song và đồng bộ

Kỹ thuật

Thời gian Không gian

- Di chuyển kết hợp tuần tự và song song

- Không di chuyển (đối tượng gia công cố định, không vận động)

Phương thức di chuyển lần lượt và tuần tự có chu kỳ gia công dài nhất; phương thức di chuyển song song và đồng bộ có chu kỳ gia công ngắn nhất Yếu tố không gian của dây chuyền gia công chi tiết cơ khí chính là sơ đồ

bố trí quy hoạch các trạm công nghệ (máy) trên mặt bằng sản xuất để thực hiện một quy trình công nghệ nhất định Trong thực tế, các trạm công nghệ (máy) thường được bố trí, quy hoạch về mặt bằng để gia công chi tiết cơ khí theo những sơ đồ như sau : bố trí các máy nối tiếp nhau thành hàng máy, bố trí các máy kết hợp giữa nối tiếp và song song nhau, bố trí các máy thành nhóm hoặc cụm linh hoạt Hai cách bố trí máy đầu tiên (nối tiếp, kết hợp nối tiếp và song song) thường được vận dụng để quy hoạch mặt bằng sản xuất cho những dây chuyền gia công cứng (không linh hoạt) ứng với một kiểu hoặc cỡ chi tiết nhất định trong quy mô sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối Còn cách

bố trí máy thành nhóm hoặc cụm thường được vận dụng để quy hoạch mặt bằng sản xuất cho những dây chuyền gia công mềm linh hoạt) ứng với nhiều kiểu và cỡ chi tiết trong quy mô sản xuất hàng loạt vừa và nhỏ

3.1.1.3 Tiến trình chế tạo chi tiết cơ khí

Khi thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí phải quan tâm đến những quy luật lôgíc về kỹ thuật và công nghệ, nhằm đảm bảo triển khai thực hiện quy trình công nghệ trên dây chuyền công nghệ thông suốt và liên tục, đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật theo yêu cầu với độ tin cậy cao Quan trọng nhất ở đây là phải đảm bảo quy luật lôgíc của quy trình biến đổi trạng thái, tính chất của đối tượng gia công, đảm bảo các bước chuyển tiếp giữa các giai đoạn của quy trình biến đổi đó Những quy luật lôgíc về kỹ thuật và công nghệ cơ bản đối với quy trình gia công chi tiết cơ khí là:

- Thứ tự biến đổi về tính chất hình học (hình dạng, vị trí, kích thước, độ nhám bề mặt) của đối tượng gia công

- Thứ tự biến đổi về tính chất hình học và tính chất cơ lý dựa trên cơ sở mối quan hệ phụ thuộc của hai công đoạn sản xuất là gia công cơ khí và nhiệt luyện, từ đó thường phải phân chia công đoạn gia công cơ khí thành hai giai đoạn là gia công trước và gia công sau nhiệt luyện

- Thứ tự hình thành các bề mặt trên chi tiết cơ khí theo nguyên tắc chọn chuẩn gia công

- Thứ tự gia công theo các phương án phôi khác nhau đối với chi tiết cơ khí

- Thứ tự gia công theo quy hoạch mặt bằng sản xuất sẵn có nhằm hạn chế chi phí vận chuyển trong sản xuất

Từ đó, tiến trình tổng quát của quy trình chế tạo chi tiết cơ khí, phù hợp với các quy luật lôgíc đã nêu trên là:

1 Chế tạo phôi

2 Gia công chuẩn bị phôi (làm sạch, nắn thẳng, khoan tâm, v.v )

3 Nhiệt luyện để cải thiện điều kiện cắt gọt (ram, ủ, thường hóa, )

4 Gia công cắt gọt tạo chuẩn công nghệ (gia công bán tinh hoặc tinh các

bề mặt dùng làm chuẩn định vị)

5 Gia công cắt gọt (gia công thô, bán tinh) các bề mặt khác

6 Kiểm tra trước nhiệt luyện

7 Nhiệt luyện để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết (đạt chỉ số độ cứng yêu cầu, tạo khả năng chống mòn cơ học, )

8 Làm sạch sau nhiệt luyện

9 Kiểm tra sau nhiệt luyện (kiểm tra độ cứng, vết nứt, cong vênh, )

10 Gia công tinh, rất tinh mặt chuẩn công nghệ (ví dụ, mài sửa lỗ tâm của trục sau khi nhiệt luyện trục)

11 Gia công tinh, rất tinh các bề mặt khác của chi tiết

12 Tổng kiểm tra chi tiết theo các điều kiện kỹ thuật ghi trên bản vẽ thiết kế chi tiết

3.1.1.4 Nội dung thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí

Trước khi tiến hành công việc thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí phải nghiên cứu các tài liệu có liên quan, mà quan trọng nhất là bản

vẽ sản phẩm, bản vẽ thiết kế của từng chi tiết có trong sản phẩm, bản liệt kê các loại chi tiết và số lượng của chúng có trong sản phẩm, các số liệu kinh tế

và kỹ thuật về năng lực sản xuất hiện tại và khả năng phát triển sản xuất, đổi mới về công nghệ vv của hãng hoặc công ty Nói chung, đối với từng chi tiết quan trọng có trong kết cấu của sản phẩm cơ khí cần phải chế tạo, công việc thiết kế công nghệ để chế tạo nó thường bao gồm những nội dung chính như sau:

1 Xem xét để xếp loại chi tiết, nghĩa là kiểm tra bản vẽ thiết kế chi tiết

để xác định chi tiết cần chế tạo ứng với loại chi tiết cơ bản nào (trục, bạc, càng, hộp, bánh răng, )

2 Phân tích bản vẽ thiết kế chi tiết cơ khí theo quan điểm công nghệ trên

cơ sở những đặc điểm thông dụng của loại chi tiết tương ứng; nghĩa là phân tích nhận xét xem kết cấu theo thiết kế của chi tiết có đảm bảo chức năng điều kiện làm việc của nó và chế tạo nó có thuận tiện và rẻ hay không Đó chính là công việc phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết cơ khí theo bản vẽ thiết kế

3 Xây dựng quy mô và điều kiện sản xuất chế tạo chi tiết đang xét bằng cách dựa vào sản lượng yêu cầu của sản phẩm tính toán số lượng chi tiết cần chế tạo hàng năm có chú ý tỷ lệ phế phẩm và dự trữ trong sản xuất, xác định trọng lượng chi tiết, rồi dựa vào số lượng chi tiết cần chế tạo và trọng lượng chi tiết để xác định quy mô sản xuất chế tạo chi tiết (tra bảng trong các tài liệu tra cứu công nghệ cơ khí để xác định quy mô sản xuất) Quy mô sản xuất đã xác định kết hợp với điều kiện sản xuất cụ thể về kỹ thuật sản xuất và tổ chức sản xuất, về khả năng đầu tư phát triển sản xuất, vv là cơ sở để ấn định đường lối và giải pháp công nghệ chế tạo chi tiết, ví dụ : tập trung hay phân tán nguyên công, mức độ tự động hóa sản xuất phù hợp

4 Chọn phôi và xác định phương pháp chế tạo phôi cho chi tiết cơ khí đang xét, dựa vào các yếu tố chính sau đây:

- Độ phức tạp về hình dạng của chi tiết theo bản vẽ thiết kế

- Vật liệu chế tạo chi tiết

- Quy mô sản xuất

- Điều kiện sản xuất (khả năng và trình độ chế tạo phôi thực tế, khả năng đầu tư ứng dụng phương pháp chế tạo phôi tiên tiến)

5 Phân tích về chuẩn và chọn chuẩn gia công cho chi tiết đang xét (chuẩn tinh, chuẩn thô) trên cơ sở vận dụng lý thuyết về chuẩn công nghệ và phương án chọn chuẩn đối với loại chi tiết tương ứng, đảm bảo chọn chuẩn thống nhất và loại trừ sai số chuẩn cho các kích thước gia công của chi tiết

6 Xác định phương pháp gia công cho từng bề mặt của chi tiết trên cơ sở khả năng công nghệ của từng phương pháp gia công và những đặc điểm về kết cấu và yêu cầu kỹ thuật của từng bề mặt trên chi tiết

7 Xác định thứ tự gia công các bề mặt của chi tiết, xác định các nguyên công và thứ tự các nguyên công cần thiết dựa vào tiến trình công nghệ điển hình cho loại chi tiết tương ứng

8 Lập sơ đồ gá đặt phôi cho từng nguyên công

9 Chọn máy công cụ thích hợp cho từng nguyên công

10 Thiết kế từng nguyên công theo máy công cụ đã chọn, bao gồm:

- Xác định các bước công nghệ của nguyên công với các yếu tố cụ thể là kích thước gia công, độ nhám mặt gia công, dung sai kích thước, dụng cụ cắt, chế độ cắt, vv

- Xác định lượng dư gia công và dung sai kích thước cần đạt ở nguyên công

- Xác định trang bị công nghệ (đồ gá phôi, đồ gá dao), dụng cụ cắt và dụng cụ đồ cho nguyên công; thiết kế trang bị công nghệ và dụng cụ cắt, dụng

cụ đo chuyên dùng cho nguyên công

- Định mức thời gian nguyên công

- Xác định bậc thợ cho nguyên công

11 Xác định vị trí và nội dung các nguyên công kiểm tra chất lượng gia công (kiểm tra trung gian, tổng kiểm tra); xác định đồ gá, dụng cụ kiểm tra, thiết kế đồ gá và dụng cụ kiểm tra chuyên dùng

12 Xác định hiệu quả kinh tế (so sánh các phương án công nghệ khả thi, chọn phương án tối ưu theo chi phí công nghệ và sản lượng thực tế yêu cầu) Đối với máy công cụ NC, CNC vẫn phải thực hiện những công việc trên, ngoài ra còn phải lập sơ đồ toạ độ gia công và soạn thảo chương trình NC theo ngôn ngữ lập trình của máy

13 Lập các phiếu công nghệ (phiếu tiến trình công nghệ, phiếu nguyên công, ) tuỳ theo quy mô sản xuất

Sau khi thiết kế quá trình công nghệ phải thử nghiệm nó ở quy mô bán sản xuất, nghĩa là chế tạo thử chi tiết với số lượng loạt nhỏ, rồi hiệu chỉnh và kiểm duyệt thành quy trình công nghệ để áp dụng trong triển khai sản xuất theo quy mô đã xác định

3.1.1.5 Những nội dung thiết kế chính

- Xác định kích thước phôi : kích thước phôi và dung sai của kích thước phôi được xác định cho từng bề mặt của chi tiết theo hai thành phần: kích thước yêu cầu ứng với bề mặt ghi trên bản vẽ chi tiết và lượng dư gia công bề mặt đó xét cụ thể cho bề mặt ngoài hoặc trong, cho bề mặt đối xứng hoặc không đối xứng.Trong thực tế, có hai giải pháp được áp dụng là :

Dùng phôi có hình dạng, kích thước gần như chi tiết bản vẽ thiết kế để giảm phí tổn gia công phôi bằng cách dùng phôi đúc áp lực, phôi dập khuôn chính xác tuỳ theo loại vật liệu là gang hay thép; tuy vậy lại phải chịu phí tổn chế tạo phôi cao, do vậy phương án chỉ thích hợp với quy mô sản xuất lớn (hàng loạt lớn, hàng khối)

Dùng phôi có lượng dư gia công lớn, dung sai lớn để giảm phí tổn chế tạo phôi, nhưng lại phải chịu phí tổn gia công lớn, do vậy phương án này chỉ thích hợp với quy mô sản xuất nhỏ (đơn chiếc, loạt nhỏ)

- Xác định thứ tự gia công

- Thiết kế nguyên công : thiết kế nguyên công là một nội dung rất quan trọng trong khâu thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí bao hàm các vấn đề sau : xác định phương pháp gia công cho các bề mặt trên chi tiết

cơ khí; chọn máy công cụ để thực hiện phương pháp gia công đã xác định;

xác định các bước công nghệ theo máy công cụ đã chọn; xác định chế độ cắt cho từng bước công nghệ phù hợp với máy công cụ; định mức thời gian gia công; xác định số lượng máy và số lượng thợ cần thiết

- Xác định phương pháp gia công : phương pháp gia công được xác định phù hợp với từng bề mặt trên chi tiết cơ khí trên cơ sở đối chiếu những đặc trưng theo yêu cầu của từng bề mặt chi tiết gia công về độ chính xác hình dạng, độ nhám, vị trí tương quan, kích thước gia công, kích thước phôi tương ứng với khả năng công nghệ của từng phương pháp gia công (dạng bề mặt gia công, độ chính xác gia công về kích thước IT, độ nhám Ra, Rz, phạm vi

gá đặt phôi trên máy gia công, lượng dư gia công nhỏ nhất (Zmin), năng suất gia công )

- Chọn máy công cụ : trong thực tế hiện nay có thể sử dụng hai loại máy công cụ: máy công cụ thông thường và máy công cụ NC hoặc CNC Đối với hai loại máy này có những định hướng để lựa chọn nhằm thực hiện nguyên công như sau : máy có khả năng thực hiện phương pháp gia công đã xác định;

máy có phạm vi làm việc đảm bảo gia công an toàn, thuận tiện, phù hợp với kích thước của trang bị, dụng cụ công nghệ và hành trình theo những phương

và chiều xác định; chất lượng của máy đảm bảo đạt chất lượng gia công chi tiết hoặc bề mặt theo tiến trình gia công chung (đảm bảo đạt độ chính xác về kích thước IT, về hình dạng, độ nhám, vị trí tương quan, ); phạm vi làm việc của máy về thông số công nghệ và kỹ thuật, công suất phải đảm bảo tạo điều kiện đạt hiệu quả gia công tốt về chất lượng và năng suất; máy có phí tổn thời gian gia công (thời gian cơ bản, thời gian trực tiếp cắt vật liệu) ít để đạt năng suất gia công cao; đảm bảo sử dụng máy hết khả năng về kỹ thuật và vốn thời gian làm việc, nhất là máy hiện đại và đắt tiền như loại máy gia công CNC; khi sản lượng ít (gia công đơn chiếc, loạt nhỏ) nên tập trung gia công

chi tiết trên một số máy để giảm chi phí sản xuất, ví dụ : giảm chi phí vận chuyển

- Xác đinh các bước công nghệ : tuỳ theo những yêu cầu của từng bề mặt gia công theo bản vẽ thiết kế của chi tiết cơ khí và độ chính xác kích thước (IT), hình dạng, độ nhám (Ra, Rz), vị trí tương quan và lượng dư gia công ứng với bề mặt mà một bề mặt của chi tiết cơ khí thường phải qua các bước như sau : gia công thô với mục tiêu gia công cần đạt là năng suất gia công cao nhất; gia công tinh với mục tiêu gia công cần đạt là chất lượng gia công (đạt

độ chính xác yêu cầu về kích thước (IT), độ nhám (Ra, Rz), hình dạng, vị trí tương quan

Đối với từng bước công nghệ cần xác định rõ những yếu tố sau : kích thước cần đạt; độ chính xác kích thước (IT), hình dạng, vị trí tương quan; độ nhám bề mặt (Ra, Rz); dụng cụ cắt, dụng cụ đo; lượng dư cắt; chế độ cắt (tốc

độ cắt, chiều sâu cắt, lượng tiến dao )

- Xác định chế độ cắt : chế độ cắt là thông số công nghệ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và năng suất gia công, nghĩa là có ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật của nguyên công Giá trị chế độ cắt cần được xác định hợp lý để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của nguyên công theo điều kiện gia công cụ thể của máy, trang bị, dụng cụ công nghệ và phôi gia công

Chế độ cắt khi gia công cắt gọt gồm có những đại lượng : vận tốc cắt (v) tính theo đơn vị m/phút; chiều sâu cắt (t) tính theo đơn vị mm; lượng tiến dao (S) tính theo đơn vị mm/vòng hoặc mm/phút; tốc độ quay của trục chính máy (n) tính theo đơn vị vòng/phút; số lần cắt hoặc số lần chạy dao (i); công suất cắt (N) tính theo đơn vị kW

Giá trị của các đại lượng về chế độ cắt để gia công chi tiết cơ khí phụ thuộc vào phương pháp gia công, kiểu loại và trạng thái máy gia công, kiểu loại và trạng thái, độ cứng vững của trang bị và dụng cụ công nghệ, tính chất của vật liệu phôi gia công và vật liệu dụng cụ cắt, trạng thái phôi và bán thành phẩm để gia công chi tiết (độ nhám, độ chính xác kích thước, độ cứng vững, lượng dư gia công ) Giá trị của chế độ cắt được xác định chủ yếu trong sản xuất bằng các bảng số hoặc đồ thị trong các tài liệu tra cứu về công nghệ cơ khí (sổ tay, tiêu chuẩn), rồi đối chiếu với phạm vi giá trị thực theo các thang chia giá trị trên máy gia công được sử dụng, có kiểm nghiệm lại công suất và năng suất gia công của máy

Giá trị của chế độ cắt đã được xác định, kiểm nghiệm và ghi trong quy trình công nghệ là cơ sở đề xác định tổng thời gian gia công cần thiết cho một chi tiết cơ khí hoặc cho toàn bộ sản lượng chế tạo, để định mức lao động và hoạch toán sản xuất

- Định mức thời gian gia công : định mức kỹ thuật cho quá trình chế tạo chi tiết cơ khí là một công việc phức tạp và nhạy cảm vì có tác động đến người lao động Định mức thời gian gia công trên cơ sở tính toán thời gian cần thiết để gia công hoàn chỉnh một chi tiết cơ khí ứng với từng nguyên công của quy trình công nghệ, nghĩa là tính toán giá trị của đại lượng thời gian từng chiếc, mục tiêu là tận dụng với hiệu quả cao nhất quỹ thời gian làm việc của thợ, của máy; trang bị và dụng cụ công nghệ Giá trị thời gian cần thiết để thực hiện từng nguyên công được xác định theo điều kiện sản xuất bình thường, từ đó xây dựng định mức lao động đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công và phù hợp với khả năng lao động của thợ

-Xác định số lượng máy và thợ cần thiết

3.1.1.6 Các phương pháp thiết kế công nghệ cơ khí

Số lượng các nguyên công của một quy trình công nghệ là do phương pháp công nghệ quyết định Trong thực tế có hai phương pháp thiết kế thường được áp dụng để tạo lập quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí như sau :

- Tập trung nguyên công, nghĩa là tập hợp nhiều bước công nghệ trong một nguyên công

- Phân tán nguyên công, nghĩa là bố trí ít bước công nghệ trong một nguyên công, thường một nguyên công có khoảng hai bước công nghệ

Tập trung hay là phân tán nguyên công được áp dụng còn tuỳ thuộc số lượng chi tiết cần chế tạo nhiều hay ít, nghĩa là theo quy mô sản xuất cụ thể, phụ thuộc điều kiện thực tế về kỹ thuật sản xuất, đặc biệt là mức độ tự động hóa sản xuất, khả năng đầu tư phát triển sản xuất theo những giải pháp hiện đại

Hiện nay, giải pháp tập trung nguyên công ở mức độ cao, thực hiện trên các trung tâm gia công hoặc dây chuyền gia công linh hoạt và tự động hóa điều khiển CNC được đánh giá là giải pháp hiện đại và hiệu quả ở các nước công nghiệp phát triển Những đối với nhiều nước khác giải pháp này đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu rất lớn (từ vài trăm nghìn đến vài triệu đô la Mỹ, kèm theo những khó khăn phức tạp về duy tu và bảo dưỡng trong quá trình khai thác sử dụng, do vậy cần phải lưu ý đến hiệu quả kinh tế của giải pháp này trong khi quyết định đầu tư

Trong quá trình phát triển của ngành cơ khí, giải pháp tập trung và phân tán nguyên công đã được vận dụng theo nhiều cách khác nhau tuỳ theo quy

mô sản xuất khác nhau

3.1.1.7 Biện pháp tăng năng suất và giảm giá thành chế tạo chi tiết cơ khí

Trong thực tế có thể giảm thời gian cơ bản và thời gian phụ bằng các biện pháp sau : nâng cao độ chính xác của phôi; nhiệt luyện để cải thiện điều kiện cắt gọt; giảm hành trình cắt bằng cách cắt nhiều dao đồng thời, xác định lượng ăn tới và lượng vượt quá của dao hợp lý

3.1.1.8 So sánh các phương án công nghệ :

Sau khi thiết kế các phương án khả thi về công nghệ chế tạo chi tiết, các phương án được đánh giá và so sánh theo hiệu quả kinh tế có thể đạt được đối với từng phương án Từ đó xác định phương án tối ưu thích hợp với điều kiện sản xuất cụ thể, xét về năng lực sản xuất và khả năng đầu tư phát triển theo giải pháp tiên tiến hơn Phương án tối ưu là phương án đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật với chi phí công nghệ ít nhất trong số các phương án khả thi

3.1.2 Cơ sở lý thuyết về thiết kế công nghệ bằng máy tính

Khi chuẩn bị công nghệ để chế tạo sản phẩm cơ khí theo quy mô và điều kiện sản xuất nhất định, người ta phải giải đáp có hiệu quả cao nhất bài toán công nghệ cơ bản là nghiên cứu thiết kế và điều khiển công nghệ (quá trình công nghệ và dây chuyền công nghệ) sao cho đạt được chất lượng sản phẩm cao, năng suất lao động cao và giá thành sản phẩm hạ để tạo sức cạnh tranh của sản phẩm cơ khí trên thị trường tiêu thụ

Để góp phần giải bài toán công nghệ này, cần nghiên cứu xây dựng phương pháp thiết kế và điều khiển công nghệ trên cơ sở cầu nối giữa phương pháp chuẩn bị công nghệ và kỹ thuật tin học có sử dụng máy tính

Chuẩn bị công nghệ bằng máy tính là phương thức thiết kế bán tự động –

tự động Đây là phương thức tiên tiến hiện nay trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật tin học với công cụ thực hiện là máy tính Mặt khác, việc thiết kế và điều

khiển các hệ thống kỹ thuật phức tạp, có tính chất ngẫu nhiên, phụ thuộc thời gian, đảm bảo tin cậy và linh hoạt như dây chuyền công nghệ là hoàn toàn phù hợp và cho hiệu quả tốt đối với máy tính Kỹ thuật tin học và kỹ thuật máy tính hiện đại kết hợp với kỹ thuật thiết kế và điều kiện chuyên môn tạo tiền đề đạt hiệu quả tốt trong chuẩn bị kỹ thuật và điều hành sản xuất

Hình 3.3 : Tổng quát về ứng dụng kỹ thuật tin học trong chuẩn bị công nghệ

Ứng dụng máy tính đã tạo điều kiện cho việc vận dụng toán tối ưu vào tính toán, thiết kế quy trình công nghệ cho chi tiết cơ khí, nhất là vận quy

hoạch tuyến tính vào các bài toán :

- Lập các phương án khả thi, so sánh để chọn phương án tối ưu cho quá trình công nghệ và dây chuyền sản xuất theo điều kiện và quy mô sản xuất đế đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, đảm bảo sản xuất tin cậy và linh hoạt

- So sánh các phương án công nghệ khả thi trên cơ sở hao phí thời gian lao động, vật liệu và năng lượng trên cơ sở năng suất lao động và giá thành sản xuất ứng với sản lượng dự kiến

Dữ liệu ban đầu (theo

ngôn ngữ máy tính)

Máy tính

Văn bản công nghệ đọc được

Chương trình thiết kế - điều khiển công nghệ tổng quát (chương trình chính)

Phần mềm ứng dụng thiết kế - điều khiển công nghệ (thuật giải + cấu trúc dữ liệu = chương trình)

Hình 3.4 : Sơ đồ tổng quát về phương thức thiết kế công nghệ cơ khí ứng dụng kỹ

thuật tin học

Công nghệ tự động hoá thiết kế là một khái niệm được hiểu là một dãy các thao tác thiết kế theo một trình tự xác định trên cơ sở sử dụng các phương tiện tự động hoá Công nghệ tự động hoá thiết kế được xây dựng thành các bộ thuật giải và chương trình máy tính có khả năng tính toán và vẽ thiết kế nhằm thực hiện các công việc trong quá trình thiết kế đối tượng chuyên môn

Hiện nay quá trình gia công các chi tiết cơ khí tuỳ theo điều kiện và trình

độ kỹ thuật sản xuất được thực hiện trên hai loại máy công cụ là máy thường

và máy NC, CNC Như vậy quá trình thiết kế công nghệ gia công chi tiết cơ khí có thể tạm phân chia thành hai giai đoạn chính trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật tin học như sau :

- Giai đoạn thiết kế sơ bộ bao gồm : xác định chi tiết gia công, xác định phương pháp gia công, xác định thứ tự gia công

Thuật giải + Cấu trúc dữ liệu = Chương trình máy tính thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí

Phương pháp thiết kế công

nghệ cơ khí (kết hợp ứng

dụng toán tối ưu)

Kỹ thuật tin học với công

cụ là máy tính

Máy công cụ CNC Máy công cụ thông

thường

- Giai đoạn thiết kế chính xác bao gồm : thiết kế các nguyên công theo kiểu loại máy công cụ chọn dùng Ở máy NC, CNC còn phải lập sơ đồ toạ độ gia công và soạn thảo chương trình gia công theo ngôn ngữ của máy

Do mỗi sản phẩm có thể có nhiều phương án công nghệ, mỗi một phần

tử hình dạng của chi tiết cơ khí đều có thể có nhiều phương pháp gia công khác nhau, do đó giai đoạn thiết kế sơ bộ vẫn cần thiết đối với chuẩn bị công nghệ cho các trung tâm gia công và hệ thống linh hoạt NC, CNC nhằm chọn được phương án công nghệ tối ưu cho sản phẩm

Theo mục tiêu linh hoạt hóa sản xuất dựa trên cơ sở áp dụng công nghệ nhóm, quá trình thiết kế công nghệ gia công chi tiết cơ khí có những nội dung chính như sau:

1 Xác định đối tượng gia công (ghép nhóm chi tiết cơ khí đế có thể gia công chung với một quá trình công nghệ và dây chuyền công nghệ, nhằm đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật tốt)

2 Xác định đối tượng đại diện cho nhóm chi tiết đã ghép

3 Xác định phương pháp gia công cho từng bề mặt (phần tử hình dạng) của đối tượng đại diện

4 Xác định thứ tự gia công các bề mặt mặt (phần tử hình dạng) của đối tượng đại diện theo các quy luật logic về kỹ thuật và công nghệ (chuẩn công nghệ, phôi)

5 Thiết kế từng nguyên công ứng với kiểu loại máy công cụ (máy thường, máy NC, CNC), gồm : chọn máy, phân chia các bước công nghệ, xác định dụng cụ - trang bị công nghệ, định mức vật tư, định mức thời gian, xác định chế độ cắt tối ưu, xác định bậc thợ, vv

6 Lập các văn bản công nghệ cần thiết (phiếu tiến trình công nghệ, phiếu nguyên công, sơ đồ nguyên công, phiếu dụng cụ - trang bị công nghệ, phiếu vật tư) Riêng đối với máy công cụ NC, CNC phải lập sơ đồ tọa độ gia công và chương trình gia công NC theo ngôn ngữ thích hợp để điều khiển quá trình gia công chi tiết cơ khí trên máy công cụ NC, CNC

Trong quá trình chuẩn bị công nghệ đã nêu trên, giai đoạn thiết kế sơ bộ gồm các nội dung từ 1 đến 4, giai đoạn thiết kế chính xác gồm các nội dung 5

và 6

Hình 3.5 : Các giai đoạn thiết kế công nghệ cơ khí ứng dụng kỹ thuật tin học

Giai đoạn thiết kế sơ bộ, được thực hiện có ứng dụng kỹ thuật tin học, dựa trên việc nghiên cứu xây dựng dữ liệu công nghệ, các thuật giải và các

Bản vẽ chi tiết cơ khí

Dữ liệu hình học và công nghệ của

chi tiết cơ khí

Mã hoá dữ liệu hình học của chi tiết cơ khí theo ngôn ngữ máy tính

hướng dẫn gia công (băng lỗ, đĩa mềm, CD)

Phiếu hướng dẫn gia công

Máy công cụ thông thường Máy công cụ NC, CNC

chương trình máy tính thiết kế công nghệ sơ bộ ứng với các dạng chi tiết cơ khí cơ bản (trục-bạc; hộp-gối đỡ, càng-biên, bánh răng )

Hệ dữ liệu công nghệ bao gồm các dữ liệu hình học và công nghệ của chi tiết cơ khí cần gia công (các dạng chi tiết cơ khí, hệ thống phân loại các phần

tử hình dạng cho từng chi tiết cơ khí, kích thước tiêu chuẩn của chi tiết cơ khí, vật liệu của chi tiết cơ khí, độ cứng theo yêu cầu, độ chính xác yêu cầu của các bề mặt quan trọng trên chi tiết cơ khí (theo cấp chính xác IT1 đến IT16) ứng với các mức (thô, bán tinh, tinh, rất tinh), độ nhám (Ra hoặc Rz) của bề mặt quan trọng trên chi tiết cơ khí, sản lượng theo yêu cầu của chi tiết cơ khí )

Hệ dữ liệu công nghệ còn bao gồm các dữ liệu đặc trưng cho các phương pháp gia công về khả năng công nghệ (dạng công nghệ gia công, kích thước max/min của bề mặt gia công, chất lượng gia công (IT, Ra hoặc Rz), độ cứng vật liệu gia công, lượng dư gia công nhỏ nhất (Zmin) )

Các thuật giải và chương trình máy tính thiết kế công nghệ sơ bộ được xây dựng ứng với các dạng chi tiết cơ khí cơ bản đã nêu trên, theo ngôn ngữ thích hợp, gồm các bài toán công nghệ sau:

1 Ghép nhóm chi tiết cơ khí trong phạm vi một dạng chi tiết theo các dữ liệu đặc trưng (khoảng kích thước, vật liệu, độ cứng, độ chính xác IT, độ nhám Ra hoặc Rz, trọng lượng, sản lượng)

2 Nhập nhóm chi tiết đã ghép, phân tích từng chi tiết trong nhóm thành các phần tử hình dạng cơ bản (xác định mã hiệu các phần tử hình dạng đã phân tích)

3 Xác định chi tiết đại diện cho nhóm chi tiết đã ghép, tính số lượng các phần tử hình dạng của từng chi tiết trong nhóm, tìm chi tiết cơ sở (chi tiết nào trong nhóm có số lượng phần tử hình dạng nhiều nhất), xây dựng chi tiết đại

diện cho nhóm (bằng cách thêm vào chi tiết cơ sở các phần tử hình dạng khác

từ các chi tiết còn lại trong nhóm)

4 Xác định phương pháp gia công cho chi tiết đại diện (ghi ra: tên phần

tử hình dạng, mã hiệu phần tử hình dạng, xác định tên và mã hiệu của phương pháp gia công phù hợp với từng phần tử hình dạng)

5 Xác định thứ tự gia công cho các phần tử hình dạng của chi tiết đại diện theo trình tự công nghệ điển hình ứng với từng dạng chi tiết cơ khí cơ bản

Trong thực tế, khi nghiên cứu để thiết lập và sử dụng một hệ thống gia công linh hoạt (FMS) vào sản xuất, người ta phải tiến hành những công việc chính như sau:

1 Xác định chủng loại chi tiết gia công (ghép nhóm chi tiết gia công)

2 Tập hợp và xử lý dữ liệu hình học và công nghệ của nhóm chi tiết gia công

3 Thiết kế công nghệ để gia công nhóm chi tiết (xác định các phương pháp gia công, xác định thứ tự gia công các bề mặt ứng với chi tiết đại diện của nhóm, thiết kế các nguyên công)

4 Xác định nhu cầu gia công (khối lượng lao động quy đổi ra giờ máy gia công), xác định mức độ khai thác các máy gia công

5 Xác định mức độ tự động hóa cần thiết

6 Xác định các máy công cụ, trung tâm gia công thích hợp

7 Xác định hệ thống cung ứng phôi và dụng cụ lưu trữ, gá đặt, tháo dỡ, vận chuyển phôi và dụng cụ công nghệ) phù hợp, nhằm đảm bảo tính linh hoạt và mức độ tự động hóa cần thiết của dòng phôi liệu và dụng cụ gia công

8 Tính toán kinh tế ứng với từng phương án cấu trúc của hệ thống gia công linh hoạt (FMS)

9 So sánh các phương án cấu trúc của FMS để xác định phương án cấu trúc tối ưu

Nói chung, một hệ thống tự động hoá thiết kế chuyên môn, ngoài người thiết kế chuyên môn phải có công cụ thiết kế - tính toán, các hệ thống phần mềm điều hành hệ thống tính toán và thiết kế, các phần mềm ứng dụng chuyên môn, các cơ sở dữ liệu Các công cụ thiết kế - tính toán phải đảm bảo các chức năng sau :

- Nhập vào bộ nhớ (bộ nhớ ngoài) những thông tin cần thiết (dữ liệu kinh tế- kỹ thuật) Những thông tin đó được xắp xếp vào các kho riêng gọi là cơ sở

dữ liệu, chúng phải có khả năng dễ dàng sửa đổi, nhập vào và gọi ra

- Thực hiện các thủ tục xử lý thông tin, phục vụ các bước thiết kế - tính toán một cách linh hoạt đồng bộ

- Tự động xuất ra các dữ liệu dưới dạng yêu cầu (bảng biểu, bản vẽ, văn bản )

- Tạo điều kiện để nhiều người thiết kế chuyên môn đông thời sử dụng

hệ thống, có khả năng xử lý từ xa

- Tạo điều kiện để người thiết kế chuyên môn tham gia tích cực vào quá trình thiết kế, tính toán chuyên môn, có thể sửa đổi và hiệu chỉnh các phương

án thiết kế một cách linh hoạt

- Sử dụng các phương tiện ngôn ngữ định hướng, thủ tục bậc cao, các phần mềm hệ thống

Như vậy, phương pháp thiết kế công nghệ theo hướng ứng dụng kỹ thuật tin học, trong đó có giai đoạn thiết kế sơ bộ, như đã trình bày trên đây là phù

hợp với nội dung chuẩn bị công nghệ theo hướng linh hoạt hóa và tự động hóa sản xuất; mà trước hết là góp phần bổ trợ cho các giải pháp CAD/CAM hiện đại nhưng rất tốn kém

Công việc thiết kế công nghệ gia công chi tiết cơ khí được gọi tắt là CAP (Computer Aided Planning) hay CAPP (Computer Aided Process Planning), được coi là một mắt xích quan trọng trong chuỗi liên hoàn CAD/CAM-CNC, giữa hai mắt xích CAD và CAM

CAP hay là CAPP có bản chất là khâu quy hoạch công nghệ, bao hàm các nội dung: thiết kế, quy hoạch quy trình công nghệ và dây chuyền công nghệ gia công chi tiết cơ khí; mà hiện tại chủ yếu là thiết kế tiến trình gia công và thiết kế nguyên công

Thiết kế nguyên công có trợ giúp của máy tính khi được coi là một mắt xích quan trọng (CAP hay CAPP) trong giải pháp liên hoàn CAD/CAM-CNC

có thể được phân chia thành hai hệ thống chính như sau:

- Hệ thống xây dựng quy trình công nghệ biến thể (retrieval (variant) CAPP system) và hệ thống xây dựng quy trình công nghệ sản sinh (generative CAPP system); ngoài ra còn có hệ thống xây dựng quy trình công nghệ phối hợp giữa hai hệ thống này gọi là hệ thống bán - sản sinh (the semi-generative CAPP system) Với hệ thống CAPP biến thể (retrieval (variant)) người ta sử dụng các thủ tục phục hồi (retrieval procedures) để truy cập các sơ đồ tiến trình công nghệ chuẩn cho các chi tiết tương tự nhau; còn với hệ thống CAPP sản sinh (generative), các sơ đồ tiến trình công nghệ được tạo lập tự động cho các chi tiết mới cần chế tạo mà không cần tham khảo các sơ đồ tiến trình công nghệ có sẵn

Hệ thống CAPP sản sinh (generative) là hệ thống được mong muốn nhất, nhưng để tạo lập thành công hệ thống này, người ta phải đối mặt với nhiều

thách thức to lớn; vì vậy mà giải pháp CAPP biến thể (retrieval (variant)) dễ thực hiện hơn

Quá trình xây dựng hệ thống CAPP biến thể (retrieval (variant)) khai thác sự tương đồng giữa các chi tiết cơ khí thông dụng và tìm kiếm thông qua

cơ sơ dữ liệu, nhằm đưa ra được một số quy trình công nghệ chuẩn cho một

họ chi tiết (part famlily) Quy trình công nghệ chuẩn này sẽ được áp dụng cho các chi tiết thuộc cùng một họ và được sửa đổi cho phù hợp với từng chi tiết

cụ thể trong một họ chi tiết, trên cơ sở phân loại, mã hóa và ghép nhóm các chi tiết cơ khí thông dụng theo hệ thống mã hóa (coding system) phù hợp Cho đến nay đã có nhiều hệ CAPP biến thể được tạo lập, ví dụ, CAM-I CAPP, DOPS, EXCAP, ICAPP, M/CROPLAN

Giải pháp CAPP sản sinh (generative) có bản chất là hệ cơ sở tri thức được xây dựng ở dạng hệ cơ sở dữ liệu (database)

Hệ cơ sở dữ liệu được ứng dụng trong việc xây dựng quy trình công nghệ chế tạo, thực chất là một tập hợp các quy luật và nguyên tắc thiết kế công nghệ được rút ra từ kinh nghiệm của những người thiết kế công nghệ thành thạo và đã được thực tế sản xuất kiểm chứng

Giải pháp sản sinh (generative) cố gắng bắt chước tư duy của người thiết

kế công nghệ bằng cách áp dụng logic ra quyết định của người thiết kế công nghệ trên cơ sở trí tuệ nhân tạo Trí tuệ nhân tạo là kỹ thuật giống như logic hình thức dùng để mô tả các chi tiết cơ khí Hệ chuyên gia dùng để hệ thống hoá quá trình xử lý tri thức của con người để áp dụng vào việc thiết kế quy trình công nghệ Hệ chuyên gia có thể được coi như là công cụ có khả năng nhận biết các tri thức chuyên môn để đưa ra các chỉ dẫn hành động tương đương nhau để lựa chọn Đã có những hệ thống sản sinh được tạo lập ở dạng

hệ cơ sở tri thức như GARY, hoặc ở dạng hệ chuyên gia như GCAPPS, OPEX, PWA

3.1.3 Cơ sở lý thuyết về tiêu chuẩn hoá quá trình công nghệ

Để giảm bớt tiêu tốn trong khâu chuẩn bị công nghệ chế tạo sản phẩm cơ khí chính là thống nhất hóa, tiêu chuẩn hóa về kết cấu của chi tiết và sản phẩm cơ khí; để tạo cơ sở thống nhất hóa, tiêu chuẩn hóa về công nghệ chế tạo Điều đó là tất yếu, bởi vì đối tượng có kết cấu giống nhau sẽ phải có công nghệ chế tạo giống nhau Để có thể tiến tới thống nhất hóa, tiêu chuẩn hóa kết cấu của đối tượng sản xuất, từ đó thống nhất hóa và tiêu chuẩn hóa quá trình công nghệ, cần phải tiến hành khảo sát, nghiên cứu xây dựng hệ thống phân loại đối tượng sản xuất (chi tiết, sản phẩm cơ khí) thông dụng theo đặc điểm

kết cấu và đặc điểm công nghệ của chúng cho từng cơ sở sản xuất cơ khí, cho từng ngành, tiến tới quy mô quốc gia, khu vực và quốc tế Từ đó tạo lập ngân hàng dữ liệu phù hợp về kết cấu tiêu chuẩn và công nghệ tiêu chuẩn, lưu trữ trong máy tính, tạo khả năng truy cập nhanh để sử dụng khi cần thiết trong khâu chuẩn bị sản xuất đối với các đối tượng sản xuất tương tự Trên cơ sở mức độ giống nhau và tương tự nhau của các đối tượng sản xuất thông dụng (chi tiết, sản phẩm cơ khí), những phương pháp tổ chức công nghệ sau đây được áp dụng: công nghệ điển hình, công nghệ nhóm, công nghệ tổ hợp (công nghệ linh hoạt)

Phân loại đối tượng sản xuất là cơ sở chủ yếu để tiến hành tiêu chuẩn hóa quá trình công nghệ Phân loại đối tượng sản xuất cho phép tập hợp một

số lượng lớn các chi tiết, bộ phận kết cấu của các sản phẩm cơ khí tương đối

đa dạng thành một số loại, kiểu, cỡ đồng nhất trong một giới hạn nhất định; tạo khả năng gia công và lắp ráp chúng theo một trình tự công nghệ tổng quát

và hợp lý, tạo tiền đề để tiêu chuẩn hóa toàn bộ các yếu tố cơ bản của quá

trình sản xuất Khi nghiên cứu xây dựng hệ thống phân loại các chi tiết, bộ phận cơ khí, trước hết phải xác định các đặc điểm phân loại để đảm bảo nhận dạng đối tượng nhanh Trong thực tế đã có nhiều hệ thống phân loại khác nhau về chi tiết cơ khí được nghiên cứu, tạo lập và sử dụng; mang tính chất riêng của từng cơ sở, từng ngành sản xuất Những hệ thống phân loại này theo các quan điểm như sau:

- Phân loại theo đặc điểm kết cấu

- Phân loại theo đặc điểm công nghệ

- Phân loại theo đặc điểm kết cấu và công nghệ

Nói chung, các hệ thống phân loại chi tiết cơ khí được xây dựng theo cả hai loại đặc điểm kết cấu và công nghệ được coi là có hiệu quả nhất; bởi vì độ phức tạp về kết cấu của các chi tiết cơ khí gắn liền với độ phức tạp về công nghệ chế tạo

Cơ sở để phân chia chi tiết gia công thành loại trong hệ thống phân loại theo các đặc điểm kết cấu và công nghệ chế tạo, trước hết phải là các đặc điểm kết cấu của chi tiết

Các chi tiết thuộc cùng một loại có sự giống nhau về loại vật liệu, hình dạng hình học, độ chính xác, độ nhám bề mặt, kích thước phân bố trong phạm

vi nhất định Loại là mức phân cấp rộng nhất của hệ thống phân loại chi tiết gia công Loại gồm các chi tiết giống nhau về hình thể chung và về các đặc điểm công nghệ quan trọng nhất, chủ yếu là giống nhau về chức năng làm việc và điều kiện kỹ thuật

Mức phân cấp hẹp hơn loại là kiểu chi tiết Nghĩa là kiểu nằm trong phạm vi một loại chi tiết nhất định Dựa trên các đặc điểm công nghệ giống nhau tạo khả năng thống nhất các nguyên công về máy, trang bị, dụng cụ và

chế độ công nghệ Kiểu là tập hợp các chi tiết thuộc cùng một loại nhưng có chung một trình tự và nội dung công nghệ Phần lớn các nguyên công ứng với các chi tiết thuộc cùng một kiểu là giống nhau

Khái niệm dạng chi tiết mới được nêu ra trong lĩnh vực phân loại chi tiết

cơ khí Các chi tiết cơ khí được phân thành hai dạng chính : dạng tròn (trục, bạc, bánh răng ) và dạng không tròn (càng, biên, gối đỡ, hộp )

Mức phân cấp của hệ thống phân loại chi tiết cơ khí :

1 Dạng chi tiết (tròn, không tròn)

2 Loại chi tiết (trục, bạc, bánh răng, hộp càng )

3 Kiểu chi tiết

4 Cỡ chi tiết

5 Dạng bề mặt

6 Các đặc trưng bề mặt (độ chính xác IT, độ nhám, kích thước, vật liệu, độ cứng )

3.1.4 Cơ sở lý thuyết công nghệ nhóm

Cơ sở của công nghệ nhóm là phân nhóm đối tượng sản xuất theo sự giống nhau từng phần về kết cấu Do việc ghép nhóm chi tiết chỉ giới hạn ở những bề mặt gia công giống nhau nên số lượng đối tượng được gia công ở một nguyên công (nguyên công nhóm) sẽ tăng lên, thường ở mức tương ứng với quy mô sản xuất hàng loạt và lớn hơn, cho dù số lượng yêu cầu thực tế đối với từng đối tượng có ít hơn (có thể chỉ là đơn chiếc, loạt nhỏ) Điều đó cho phép áp dụng các giải pháp công nghệ tiên tiến ở các nguyên công nhóm,

ví dụ, dùng máy bán tự động hoặc tự động, qua đó nâng cao mức độ khai thác thiết bị, trang bị và dụng cụ công nghệ, chất lượng gia công không bị phụ thuộc nhiều vào tay nghề thợ