(Luận văn thạc sĩ hcmute) tối ưu hoá chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện dựa trên step nc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG THỊ KIM THOA TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT THEO TUỔI BỀN DAO TIỆN DỰA TRÊN STEP-NC S K C 0 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG THỊ KIM THOA TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT THEO TUỔI BỀN DAO TIỆN DỰA TRÊN STEP-NC NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG THỊ KIM THOA TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT THEO TUỔI BỀN DAO TIỆN DỰA TRÊN STEP-NC NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 Hướng dẫn khoa học: TS ĐẶNG THIỆN NGƠN Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trương Thị Kim Thoa Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 08 - 06 - 1983 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Phước Sơn, Tuy Phước, Bình Định Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: Xóm 3, Phụng Sơn, Phước Sơn, Tuy Phước, Bình Định Điện thoại nhà riêng: 0562245617 E-mail: thoakim.truong83@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2002 đến 02/ 2006 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long Ngành học: Cơ khí Chế tạo máy Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 09/ 2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ khí Chế tạo máy Tên đồ án: Biên soạn giáo trình, giảng đề thi môn máy cắt kim loại Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Tháng năm 2009, Khoa Cơ khí Chế tạo máy Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: ThS Trần Quốc Hùng III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 01/2010 đến 10/2010 Trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long Giáo viên khoa Cơ khí Chế tạo máy Trang i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp.HCM, ngày 30 tháng 09 năm 2012 Trương Thị Kim Thoa Trang ii Luan van LỜI CẢM ƠN Tôi xin gởi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM dạy thời gian qua Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến TS Đặng Thiện Ngôn, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn tạo điều kiện để hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn bạn đồng môn đồng nghiệp quan tâm, chia sẻ suốt trình học làm luận văn Xin cảm ơn gia đình dành cho tơi tình thương yêu hỗ trợ tốt Trang iii Luan van TĨM TẮT Tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao phương pháp nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học hàm mục tiêu tuổi bền dao lớn với thông số chế độ cắt ứng với hệ thống giới hạn mặt chất lượng, kỹ thuật tổ chức nhà máy Đa số hạn chế liên quan trực tiếp đến phát sinh lực cắt suốt q trình gia cơng, tính tốn xác chế độ cắt cho phép nâng cao tuổi bền dao, nâng cao hiệu gia cơng Tính tốn chế độ cắt tối ưu theo tuổi bền dao trình bày luận văn dựa hình dạng mặt cắt ngang đường dao q trình gia cơng Với hình dạng đường chuyển dao có sẵn mơ hình liệu STEP-NC, cho phép xác định thơng số cần thiết để tính tốn tối ưu chế độ cắt để tuổi bền dao lớn Luận văn trình bày bước tính tốn chế độ cắt tối ưu tiện mặt đầu, tiện trơn trụ ngoài, tiện côn Trang iv Luan van 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 v Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt ix Danh sách hình x Danh sách bảng xii Chương TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược phát triển ngành khí chế tạo máy 1.2 Các khái niệm 1.3 Giới thiệu STEP-NC 1.4 Lý chọn đề tài, mục tiêu đối tượng nghiên cứu 1.4.1 Lý chọn đề tài 1.4.2 Mục tiêu 1.4.3 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Nhiệm vụ, phạm vi nghiên cứu ý nghĩa đề tài 1.5.1 Nhiệm vụ 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài 10 1.5.3 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 10 1.6 Phương pháp nghiên cứu 10 1.7 Tổng quan nghiên cứu nước 11 1.7.1 Ngoài nước 11 Trang vi Luan van 1.7.2 Trong nước 12 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Lực cắt q trình gia cơng 14 2.2 Mặt cắt ngang đường chuyển dao 14 2.3 Tham số hóa mặt cắt ngang đường chuyển dao 15 2.4 Điều kiện hệ thống máy 16 2.5 Động lực học hệ thống máy 17 2.6 Các cách tối ưu hóa chế độ cắt 18 2.6.1 Tối ưu hóa lượng chạy dao dựa lực cắt 18 2.6.2 Tối ưu hóa dựa tuổi bền dao 20 2.6.3 Tối ưu hóa dựa khối lượng 21 2.6.4 Tối ưu hóa dựa số phoi 23 2.6.5 Tối ưu hóa dựa chi phí gia cơng 25 Chương CHUẨN STEP-NC 27 3.1 Cấu trúc chương trình STEP-NC 27 3.1.1 Phần khai báo (HEADER) 28 3.1.2 Viết phần liệu (DATA) 28 3.1.3 Bắt đầu kế hoạch gia công (Project) 28 3.1.4 Trình tự gia cơng (Workplan) 29 3.1.5 Định nghĩa nguyên công (Workingstep) 30 3.1.6 Thông tin phôi (Workpiece) 30 3.1.7 Mặt phẳng tham chiếu vị trí dao (Security_plane) 32 3.1.8 Chức gia công (Machining_function) 32 3.1.9 Dụng cụ cắt (Machine_tool) 34 3.1.10 Công ghệ gia công (Technology_description) 36 3.1.11 Chiến lược gia công (Strategy) 36 3.1.12 Thông tin gá kẹp 37 3.2 Chương trình gia công chi tiết 37 Chương MƠ HÌNH BÀI TỐN VÀ CÁCH GIẢI 39 Trang vii Luan van 5.6 Đánh giá Qua lần thử nghiệm ta thấy: tiện với chế độ cắt chưa tối ưu thời gian gia cơng chi tiết nhanh độ bóng bề mặt chi tiết tuổi bền dao thấp so với tiện với chế độ cắt tối ưu Như vậy, tiện với chế độ cắt tối ưu góp phần tăng suất, giảm giá thành sản phẩm Trang 74 Luan van Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Sau thực trình tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao ta thấy có ưu điểm nhược điểm sau: - Ưu điểm: o Tuổi bền dao tăng → giảm thời gian thay dao mài lại dụng cụ → giảm chi phí gia cơng o Chất lượng bề mặt chi tiết tốt - Nhược điểm: o Thời gian gia cơng chi tiết tăng khơng đáng kể Vì vậy, gia công chi tiết cần chọn chế độ cắt hợp lý để góp phần tăng suất, giảm chi phí gia cơng → giảm giá thành sản phẩm Chế độ cắt tối ưu luôn phụ thuộc vào điều kiện gia cơng cụ thể, nghiên cứu giải toán tối ưu phải dựa vào điều kiện sản xuất cụ thể, góp phần tạo điều kiện tự động hóa chuẩn bị sản xuất để nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật trình sản xuất Trang 75 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO Phùng Rân, Trương Ngọc Thục, Giáo trình sở cắt gọt kim loại, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 1994, 230 trang Trần Văn Địch, Nguyên lý cắt kim loại, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2006, 303 trang Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt, Công nghệ chế tạo máy, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2006, 836 trang Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, Hồ Viết Bình, Chế độ cắt gia cơng khí, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2010, 256 trang Nguyễn Thế Tranh, Trần Quốc Việt, Cơ sở cắt gọt kim loại, Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, 2008 Phùng Rân, Nguyễn Tiến Dũng, Tối ưu hóa, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2006, 150 trang Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Đặng Thiện Ngơn, Lập trình gia cơng STEP-NC, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2009 Liangji Xu, Advanced Design and Manufacturing Based on STEP, The Boeing Company, Seattle, Washington 98124-2207, USA 10 Liangji Xu, Optimizing Tool Life with STEP-NC, ISO 10303 AP 238 Meeting; National Institute of Standards and Technology, Maryland, USA 11 Leon Xu, Machining Process Optimization with ISO 10303-238, The Boeing Company 12 ISO 14649 Data model for Computerized Numerical Controllers - Part 12: PROCESS DATA FOR TURNING Trang 76 Luan van PHỤ LỤC Chương trình gia cơng chi tiết STEP-NC [12] ISO-10303-21; HEADER; FILE_DESCRIPTION(('ISO14649','SIMPLE EXAMPLE OF NC PROGRAM FOR TURNING: REVOLVED_FLAT, OUTER_DIAMETER.'),'1'); FILE_NAME('EXAMPLE1.STP','2003-04-08',('STEFAN HEUSINGER','MICHAEL WOSNIK'),('ISW UNI-STUTTGART','GERMANY'),'','',''); FILE_SCHEMA(('MACHINING_SCHEMA','MILLING_SCHEMA','TURNING _SCHEMA','TURNING_MACHINE_TOOL_SCHEMA')); ENDSEC; DATA; /* ****************************************************** */ /* ***** Workpiece definition ***** */ #1=WORKPIECE('SIMPLE WORKPIECE',#2,0.010,$,$,$,()); #2=MATERIAL('DIN EN 10027-1','E 295',(#3)); #3=NUMERIC_PARAMETER('ELASTIC MODULUS',2.E11,'pa'); /* ****************************************************** */ /* ***** Manufacturing features ***** */ #10=REVOLVED_FLAT('END FACE',#1,(#20,#21),#70,#80,0.000,#91); #11=OUTER_DIAMETER('CONE',#1,(#22,#23),#76,#83,#93,#95); #12=OUTER_DIAMETER('CYLINDER',#1,(#22,#23),#78,#72,#74,$); /* ****************************************************** */ /* ***** Turning operations ***** */ #20=FACING_ROUGH($,$,'ROUGH END FACE',$,$,#100,#41,#40,#52,#53,#50,0.500); #21=FACING_FINISH($,$,'FINISH END FACE',$,$,#100,#42,#40,#52,#53,#51,0.000); #22=CONTOURING_ROUGH($,$,'ROUGH CONTOUR',$,$,#100,#43,#40,#56,#56,#54,0.500); #23=CONTOURING_FINISH($,$,'FINISH CONTOUR',$,$,#100,#44,#40,#56,#56,#55,0.000); Trang 77 Luan van /* ****************************************************** */ /* ***** Project ***** */ #29=PROJECT('TURNING EXAMPLE 1',#30,(#1),$,$,$); #30=WORKPLAN('MAIN WORKPLAN',(#31,#32,#33,#34),$,#37,$); #31=MACHINING_WORKINGSTEP('WS ROUGH END FACE',#63,#10,#20,$); #32=MACHINING_WORKINGSTEP('WS FINISH END FACE',#63,#10,#21,$); #33=TURNING_WORKINGSTEP('WS ROUGH CONTOUR',#63,(#11,#12),#22,$); #34=TURNING_WORKINGSTEP('WS FINISH CONTOUR',#63,(#11,#12),#23,$); #37=SETUP('SETUP FOR TURNING EXAMPLE 1',$,#63,(#38)); #38=WORKPIECE_SETUP(#1,#64,$,$,()); /* ****************************************************** */ /* ***** Functions / Technology ***** */ #40=TURNING_MACHINE_FUNCTIONS(.T.,$,$,(),.F.,$,$,(),$,$,$); #41=TURNING_TECHNOLOGY($,.TCP.,#45,0.300,.F.,.F.,.F.,$); #42=TURNING_TECHNOLOGY($,.TCP.,#46,0.200,.F.,.F.,.F.,$); #43=TURNING_TECHNOLOGY($,.TCP.,#47,0.300,.F.,.F.,.F.,$); #44=TURNING_TECHNOLOGY($,.TCP.,#48,0.200,.F.,.F.,.F.,$); #45=CONST_SPINDLE_SPEED(5.000); #46=CONST_CUTTING_SPEED(2.500,10.000); #47=CONST_CUTTING_SPEED(2.200,10.000); #48=CONST_CUTTING_SPEED(2.500,10.000); /* ****************************************************** */ /* ***** Strategies ***** */ #50=UNIDIRECTIONAL_TURNING($,$,(3.000),$,$,#82,$,$,2.000,$,$); #51=UNIDIRECTIONAL_TURNING($,$,(0.500),$,$,#82,$,$,2.000,$,$); #52=AP_RETRACT_TANGENT($,60.000); #53=AP_RETRACT_ANGLE($,100.000,2.000); #54=UNIDIRECTIONAL_TURNING($,$,(3.000),$,$,$,$,$,2.000,$,$); #55=CONTOUR_TURNING($,$,(0.500),$,$,#81,$,$,$,$,$); #56=AP_RETRACT_ANGLE($,45.000,4.000); /* ****************************************************** */ /* ***** Placements / Lengths / Planes ***** */ #63=PLANE('SECURITY PLANE',#68); #64=AXIS2_PLACEMENT_3D('WORKPIECE',#65,#66,#67); #65=CARTESIAN_POINT('WORKPIECE: LOCATION',(0.000,0.000,0.000)); #66=DIRECTION('WORKPIECE: AXIS',(0.000,0.000,1.000)); #67=DIRECTION('WORKPIECE: REF_DIRECTION',(1.000,0.000,0.000)); #68=AXIS2_PLACEMENT_3D('SECURITY PLANE',#69,$,$); #69=CARTESIAN_POINT('SECPLANE: LOCATION',(90.000,0.000,200.000)); #70=AXIS2_PLACEMENT_3D('PLACEMENT END FACE',#71,$,$); #71=CARTESIAN_POINT('END FACE: LOCATION',(0.000,0.000,160.000)); #72=TOLERANCED_LENGTH_MEASURE(80.000,#73); #73=PLUS_MINUS_VALUE(0.100,0.100,1); Trang 78 Luan van #74=TOLERANCED_LENGTH_MEASURE(110.000,#75); #75=PLUS_MINUS_VALUE(0.100,0.100,1); #76=AXIS2_PLACEMENT_3D('PLACEMENT CONE',#77,$,$); #77=CARTESIAN_POINT('CONE: LOCATION',(0.000,0.000,160.000)); #78=AXIS2_PLACEMENT_3D('PLACEMENT CYLINDER',#79,$,$); #79=CARTESIAN_POINT('CYLINDER: LOCATION',(0.000,0.000,110.000)); #80=DIRECTION('END FACE: FRONT',(0.000,0.000,-1.000)); #81=DIRECTION('STEPOVER DIRECTION FOR CONTOUR',(1.,0.,0.)); #82=DIRECTION('FACING DIRECTION',(-1.000,0.000,0.000)); #83=TOLERANCED_LENGTH_MEASURE(40.000,#90); #89=PLUS_MINUS_VALUE(0.000,0.200,1); #91=LINEAR_PROFILE($,#92); #92=NUMERIC_PARAMETER('LINEAR PROFILE LENGTH',20.000,'mm'); #93=TOLERANCED_LENGTH_MEASURE(50.000,#94); #94=PLUS_MINUS_VALUE(0.100,0.100,1); #95=DIAMETER_TAPER(#96); #96=TOLERANCED_LENGTH_MEASURE(80.000,#97); #97=PLUS_MINUS_VALUE(0.100,0.100,1); /* ****************************************************** */ /* ***** Tools ***** */ #100=TURNING_MACHINE_TOOL('ROUGHING TOOL',#101,(#102),$,$,$); #101=GENERAL_TURNING_TOOL(#103,.LEFT.,$,$,$,$); #102=CUTTING_COMPONENT(50.,#104,$,$,$); #103=TURNING_TOOL_DIMENSION($,$,$,25.000,$,25.000,$,0.300,$); #104=MATERIAL('T15K6','CEMENT CARBIDE',(#105)); #105=NUMERIC_PARAMETER('ELASTIC MODULUS',3.E11,'pa'); ENDSEC; END-ISO-10303-21; Trang 79 Luan van PHỤ LỤC Bảng 1: Trị số hệ số số mũ cơng thức tính tốc độ cắt tiện [4] Trang 80 Luan van Bảng (tt) Trang 81 Luan van Bảng 2: Hệ số hiệu chuẩn K m ảnh hưởng tính chất học vật liệu gia V công đến tốc độ cắt [4] Bảng 3: Hệ số Cm số mũ nv cơng thức tính K m [4] V Trang 82 Luan van Bảng 4: Hệ số K n chất lượng phôi đến tốc độ cắt [4] V Bảng 5: Hệ số K u vật liệu phần cắt dụng cụ ảnh hưởng đến tốc độ cắt [4] V Trang 83 Luan van Bảng 6: Các hệ số thông số dao ảnh hưởng đến tốc độ cắt [4] Bảng 7: Hệ số C số mũ lực cắt tiện [2] Bảng 8: Hệ số Km lực cắt có tính đến ảnh hưởng vật liệu gia công [2] Trang 84 Luan van Bảng 9: Số mũ np để tính hệ số Km [2] Trang 85 Luan van Bảng 10: Các hệ số để tính lực cắt phụ thuộc vào thơng số hình học dao[2] Trang 86 Luan van PHỤ LỤC Thuyết minh máy tiện CHATLES Trang 87 Luan van Luan van ... cơng, tối ưu hóa tuổi bền dao, tối ưu hóa lượng chạy dao, … chưa có nghiên cứu tối ưu hóa dựa STEP- NC Qua cơng trình nghiên cứu phân tích cho thấy tối ưu hóa chế độ cắt dựa STEP- NC theo tuổi bền dao. .. thiết Trên giới, tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao nghiên cứu nhiều tuổi bền dao nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến suất giá thành sản phẩm Tuy nhiên, tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao dựa. .. cách tối ưu hóa chế độ cắt 18 2.6.1 Tối ưu hóa lượng chạy dao dựa lực cắt 18 2.6.2 Tối ưu hóa dựa tuổi bền dao 20 2.6.3 Tối ưu hóa dựa khối lượng 21 2.6.4 Tối ưu hóa dựa