BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM VĂN BỔNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC LUẬN ÁN TIẾN SỸ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM VĂN BỔNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC LUẬN ÁN TIẾN SỸ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN XUÂN VIỆT Hà Nội - 2008 -1- lời cám ơn Nghiên cứu khoa học phục vụ cho công Công nghiệp hoá, đại hoá Đất nước việc làm vô quan trọng nước ta Đề tài Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu gia công máy tiện CNC để xác định chế độ công nghệ gia công máy tiện CNC nhằm mục đích nâng cao hiệu khai thác, sử dụng máy hoàn thành với giúp đỡ nhiều cá nhân tổ chức Trước tiên xin bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới PGS TS Trần Xuân Việt ( Bộ môn Công nghệ chế tạo máy - ĐHBK Hà Nội) Thầy hướng dẫn khoa học đà định hướng bảo cho suốt trình nghiên cứu từ cuối năm 2003 đến Tôi xin cám ơn GS TS Trần Văn Địch tập thể Thầy giáo, Cô giáo Bộ môn Công nghệ chế tạo máy Khoa Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đà tận tình giúp đỡ trình nghiên cứu Tôi xin cám ơn Ban lÃnh đạo, cán bộ, nhân viên Trung tâm đào tạo bồi dưỡng sau đại học Trường ĐHBK Hà Nội đà tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho trình làm nghiên cứu sinh Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu trường Đại học bách khoa Hà Nội, trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đà tạo điều kiện thuận lợi cho trình nghiên cứu Tôi xin cám ơn Ban lÃnh đạo Công ty TNHH Phụ tùng máy số 1, Phân xưởng Cơ khí đà tạo điều kiện cho trình thực nghiệm áp dụng đề tài vào thực tế sản xuất Ngày 12 tháng 01 năm2008 NCS Phạm Văn Bổng -2- lời cam đoan Nội dung luận án nghiên cứu từ sở lý thuyết trình cắt gọt máy đến thực nghiệm để xây dựng mô hình toán học xác định chế độ cắt tối ưu gia công máy tiện CNC nhằm mục đích giúp cho việc khai thác sử dụng máy tiện CNC hiệu Với danh dự Giảng viên Đại học, xin cam đoan nội dung luận án công trình nghiên cứu Nội dung luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả NCS Phạm Văn Bổng -3- mục lục nội dung trang Lời cảm ơn lêi cam ®oan môc lôc danh môc ký hiệu chữ viết tắt danh mục bảng danh mục hình vẽ, đồ thị 11 phần mở đầu 13 phÇn néi dung 17 ch¬ng 1: tỉng quan tối ưu hoá chế độ cắt việc sử dơng m¸y tiƯn CNC hiƯn 17 1.1 Tỉng quan vỊ tèi u ho¸ chÕ độ cắt gia công 17 1.1.1 Kh¸i qu¸t vỊ tèi u ho¸ 17 1.1.2 Mét sè c«ng trình nghiên cứu tối ưu hoá 26 1.2 Kü tht tiƯn CNC vµ viƯc øng dơng ë níc ta 29 1.2.1 Khái niệm đặc trưng máy tiện CNC 29 1.2.2 Tỉ chøc lËp tr×nh vấn đề cần ý lập trình để đảm bảo độ xác gia công tiện 33 1.2.2.1 Tỉ chøc lËp tr×nh gia công máy tiện CNC 33 1.2.2.2 Một số vấn cần ý lập trình 37 1.2.3 HiƯu qu¶ kinh tÕ sử dụng máy gia công CNC việc khai th¸c sư dơng hiƯn 42 1.2.3.1 HiƯu qu¶ kinh tÕ sư dơng m¸y tiƯn CNC 42 1.2.3.2 Tình hình khai thác sử dụng 43 1.3 KÕt luËn ch¬ng 44 -4- ch¬ng 2: nghiên cứu xây dựng mô hình toán tối ưu hoá chế độ cắt tiện máy CNC 46 2.1 Đặt vấn đề 46 2.2 Chỉ tiêu tối ưu hàm mục tiêu 48 2.2.1 Đặt vấn đề 48 2.2.2 Hàm mục tiêu 49 2.2.2.1 Mét sè nghiªn cứu hàm mục tiêu 49 2.2.2.2 Mét sè chØ tiªu tèi u 50 2.3 Hàm giới hạn 54 2.3.1 Một số nghiên cứu hàm giới hạn 54 2.3.2 Các hàm giíi h¹n 55 2.4 Phương pháp giải toán tối ưu 58 2.5 X©y dựng toán tối ưu hoá chế độ cắt tiện máy tiện CNC theo hàm mục tiêu suÊt 59 2.5.1 Nội dung xây dựng toán tối ưu chế độ cắt máy tiện CNC 59 2.5.2 X©y dựng hàm mục tiêu 60 2.5.3 Xác định hàm giới hạn 63 2.6 KÕt luËn ch¬ng 66 Ch¬ng 3: C¬ së lý thuyÕt trình cắt gọt mối quan hệ yếu tố chế độ cắt với lực cắt, tuổi bền dao, độ nhám bề mặt gia công máy tiện CNC 3.1 Quá trình cắt t¹o phoi tiƯn 3.2 Một số tượng xảy trình cắt ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt tuổi bền dao 3.2.1 Hiện tượng phoi bám 3.2.2 Hiện tượng nhiệt phát sinh trình cắt 3.2.2.1 Nguồn gèc sinh nhiƯt c¾t 67 67 69 69 71 71 -5- 3.2.2.2 C¸c nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt nhiệt cắt 72 3.2.2.3 ảnh hưởng nhiệt cắt 77 3.3 Nghiªn cøu xây dựng mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ yêu tố lực cắt, tuổi bền dụng cụ, độ nhám bề mặt với chế độ cắt gia công máy tiện CNC 79 3.3.1 Nghiên cứu xây dựng mô hình toán học xác định lực cắt phụ thuộc vào thông số công nghệ v,t,s gia công máy tiƯn CNC 79 3.3.1.1 C¬ së lý thut vỊ lùc cắt ảnh hưởng chế độ cắt đến lùc c¾t 79 3.3.1.2 Mô hình toán học xác định lực cắt phụ thuộc vào chế độ cắt 81 3.3.2 Nghiên cứu xây dựng mô hình toán học xác định độ nhám bề mặt phụ thuộc vào thông số công nghÖ v, t, s 85 3.3.2.1 Khái quát chất lượng bề mặt 85 3.3.2.2 Sù ¶nh hëng cđa chÕ độ cắt đến độ nhám bề mặt 86 3.3.2.3 Mô hình toán học xác định độ nhám bề mặt phụ thuộc vào chế độ cắt 90 3.3.3 Nghiªn cứu xây dựng mô hình toán học xác định tuổi bền dao phụ thuộc vào thông số công nghệ v, t, s 91 3.3.3.1 HiÖn tượng mòn dao tuổi bền dao 91 3.3.3.2 Các phương pháp đo mòn dao 97 3.3.3.3 Ti bỊn dông cô 104 3.3.3.4 Sự ảnh hưởng yếu tố ®Õn ti bỊn cđa dao 104 3.3.3.5 M« hình toán học xác định tuổi bền dụng cụ phụ thuộc vào chế độ cắt 107 3.4 KÕt luËn ch¬ng 109 chương 4: thực nghiệm đo lực cắt, tuổi bền dao, độ nhám bề mặt xây dựng công thức xác định mối liên hệ -6- yếu tố với chế độ cắt 110 4.1 HÖ thèng thÝ nghiÖm 110 4.1.1 Sơ đồ thí nghiệm 110 4.1.2: Dụng cụ cắt ph«i dïng thùc nghiƯm 111 4.1.3 Máy gia công thiết bị đo dùng thực nghiệm 112 4.2 Xác định chế độ c¾t dïng thùc nghiƯm 112 4.3 Kết đo thực nghiệm xử lý kÕt qu¶ 116 4.3.1 Thực nghiệm đo lực cắt gia công máy tiện CNC 116 4.3.1.1 Kết đo lực Px 116 4.3.1.2 Kết đo lực Py 119 4.3.1.3 Kết đo lùc Pz 122 4.3.2 Thực nghiệm đo độ nhám bề mặt gia công máy tiện CNC 125 4.3.3 Thực nghiệm đo tuổi bền dụng cụ gia công máy tiện CNC 128 4.3.3.1 Đo lượng mßn dao theo híng kÝnh 128 4.3.3.2 Đo lượng mòn dao theo mặt sau 132 4.4 KÕt luËn ch¬ng 136 chương 5: giải toán tối ưu hoá trình cắt tiện cnc thử nghiệm qua thực tế sản xuất 137 5.1 Bài toán tèi u ho¸ 137 5.1.1 Chỉ tiêu tối ưu hàm mục tiêu toán tối ưu 137 5.1.2 Các hàm giới hạn toán tối ưu 137 5.2 Giải to¸n tèi u 140 5.3 Kết ứng dụng bước đầu chế độ cắt tối ưu vào thực tế sản xuất 143 5.4 KÕt luËn ch¬ng 144 kÕt luËn kiến nghị nghiên cứu 145 KÕt luËn 145 KiÕn nghị nghiên cứu 146 -7- danh mục công trình khoa học đà công bố 147 tàì liệu tham kh¶o 148 phơ lơc 1: Th«ng sè kü tht máy thiết bị dùng thực nghiệm 153 phụ lục2: chương trình tính chế độ cắt tối ưu máy tiện cnc 158 phụ lục 3: đánh giá thử nghiệm kết bước đầu ứng dụng chế độ cắt tối ưu máy tiện cnc vào thực tế sản xuất 168 -8- danh mục ký hiệu chữ viết tắt CNC (Computer Numerical Control) Điều khiển số có hỗ trợ m¸y tÝnh η- HiƯu st CAD (Computer Aided Design)- ThiÕt kÕ α- Gãc sau chÝnh cđa dao cã trỵ gióp máy tính CAM (Computer Aided Manufacturing)Sản xuất có trợ giúp máy tính AC (Adaptive Control)- Điều khiển thích nghi ACC (Adaptive Control Constrain)- §iỊu khiĨn thÝch nghi cìng bøc ACO (Adaptive Control Optimation) – §iỊu khiĨn thÝch nghi tèi u δ- Gãc c¾t cđa dao γ- Gãc tríc cđa dao ϕ- Gãc lƯch chÝnh cđa dao ϕ1- Gãc lệch phụ dao - Nhiệt cắt S- Lượng tiến dao V- Vận tốc cắt t- Chiều sâu cắt NC (Numerical Control) - §iỊu khiĨn sè [X]- ma trËn X MCU (Machine Control Unit) - HƯ ®iỊu [Y] – ma trËn Y khiĨn m¸y Px- Lùc híng trơc [A] Ma trận A [hs] Lượng mòn cho phép cđa dao Py- Lùc híng kÝnh [T] – Ti bỊn cho phÐp cđa dao Pz – Lùc c¾t chÝnh [Ra] - Độ nhấp nhô tế vi bề mặt cho phép Ra - Độ nhấp nhô tế vi bề mặt T- Tuổi bền dụng cụ y - Giá trị trung bình thực nghiệm U- Lượng mòn dao y i - Giá trị theo hàm hồi qui thực - Thời gian gia công R- Sai số gia công theo bán kính H- Hệ số biến cứng bề mặt ' nghiệm Nđc Công suất động Nđc1- Công suất động chạy dao -9- danh mục bảng bảng nội dung bảng trang Bảng 3.1: Kết đo lượng mòn dao 96 Bảng 3.2: H»ng sè ti bỊn 108 Bảng 4.1: Bảng giá trÞ thùc nghiƯm 113 Bảng 4.2: Qui hoạch thực nghiệm đo lực cắt 113 Bảng 4.3: Qui hoạch thực nghiệm đo nhám bề mặt 113 Bảng 4.4: Qui hoạch thực nghiệm đo lượng tăng bán kính chi tiết 114 Bảng 4.5: Kết đo lực Px 116 Bảng 4.6: Bảng tính toán giá trÞ Logarit tÝnh lùc Px 117 Bảng 4.7: Các giá trị tính toán độ tin cậy hàm Px 118 Bảng 4.8: Kết đo lực Py 119 Bảng 4.9: Bảng tính toán giá trị Logarit tính lực Py 120 Bảng 4.10: Các giá trị tính toán độ tin cậy hàm Py 121 Bảng 4.11: Kết đo lực Pz 122 Bảng 4.12: Bảng tính toán giá trị Logarit tính lực Pz 123 Bảng 4.13: Các giá trị tính toán độ tin cậy hàm Pz 124 Bảng 4.14: Kết đo nhám bề mặt 125 Bảng 4.15: Bảng tính toán giá trị Logarit tính Ra 126 Bảng 4.16: Các giá trị tính toán độ tin cậy hàm Ra 127 Bảng 4.17: Kết đo lượng mòn dao theo hướng kính 128 Bảng 4.18: Hàm mòn tuổi bền dao theo lượng mòn hướng kính 129 Bảng 4.19: Các giá trị tính toán Logarit tính tuổi bền 130 Bảng 4.20: Kết tính toán giá trị độ tin cậy tính hàm tuổi bền theo lượng mòn hướng kính 131 Bảng 4.21: Kết đo lượng mòn theo mặt sau 132 Bảng 4.22: Hàm mòn tuổi bền dao theo lượng mòn mặt sau 133 Bảng 4.23: Các giá trị tính toán Logarit tính tuổi bền theo mặt sau 134 - 10 - Bảng 4.24:Kết tính toán giá trị độ tin cậy tính hàm tuổi bền dao theo lượng mòn mặt sau 135 - 11 - danh mục hình vẽ , đồ thị Hình vẽ nội dung trang Hình 1.1: Quá trình tạo phoi gia công tiện 19 Hình 1.2: Sơ đồ tối ưu hoá động 20 Hình 1.3: Quan hệ tối ưu hoá tĩnh tối ưu hoá liên tục dạng điều khiÓn ACC 21 Hình 1.4: Hệ điều khiển thích nghi theo giới hạn ACC- Hệ ACEMA 22 Hình 1.5: Hệ SPID Liên Xô 23 Hình 1.6: Quan hệ tối ưu hoá tĩnh tối ưu hoá động dùng cho điều khiển thích nghi tối u ACO 24 H×nh 1.7: Điêu khiển thích nghi tối ưu ACO với trợ giúp tối ưu hoá theo thuật giải tìm kiếm 25 Hình 1.8: Điêu khiển thÝch nghi tèi u ACO víi trỵ gióp tèi u hoá theo thuật giải tắc 26 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy CNC 2D với trục NC lµ X vµ Z 32 H×nh 1.10: HƯ thèng lËp tr×nh tự động 36 Hình 1.11: S số gia công cạnh vát 38 Hình 1.12: Bù bán kính dao cắt cung tròn 39 Hình 1.13: Chu trình cắt ren thẳng 40 Hình 1.14: Đồ thị tốc độ cắt ren 42 Hình 3.1: Sự biến dạng kim loại vùng cắt 68 Hình 3.2: HiƯn tỵng lĐo dao 70 Hình 3.3: Lực pháp tuyến mặt dao 71 Hình 3.4: ảnh hưởng vận tốc cắt đến nhiệt cắt 74 H×nh 3.5: Mèi quan hƯ lực cắt thành phần với lượng tiến dao 82 - 12 - Hình 3.6: Mối quan hệ lực cắt thành phần với chiều sâu cắt 83 Hình 3.7: Mối quan hệ lực cắt thành phần với vận tốc cắt 84 Hình 3.8: Mối quan hệ vận tốc cắt V với độ nhấp nhô tÕ vi líp bỊ mỈt Ra 86 H×nh 3.9: Mèi quan hệ vận tốc cắt V với Ra thực nghiệm 87 Hình 3.10: ảnh hưởng bán kính lưỡi dao đến trình cắt 88 Hình 3.11: Mối quan hệ lượng chạy dao S với độ nhấp nhô tế vi bề mặt Ra 89 H×nh 3.12: Mối quan hệ chiều sâu cắt t với độ nhấp nhô tế vi bề mặt Ra 90 H×nh 3.13: Các dạng mòn dao 92 Hình 3.14: Quan hệ lượng mòn thời gian cắt 95 Hình 3.15: Quan hệ lượng mòn thời gian cắt thực nghiệm 96 Hình 3.16: Xác định lượng mòn dao theo hướng kính 99 Hình 3.17: Đo vị trí dao Sensor 100 Hình 4.1: Sơ đồ đo lực cắt ba thành phần 110 Hình 4.2: Sơ đồ đo độ nhám bề mặt 111 Hình 4.3: Sơ đồ đo đường kính chi tiết 111 Hình 4.4: Lượng tăng bán kÝnh chi tiÕt tiƯn mßn dao 115 - 13 - phần mở đầu I Tính cấp thiết đề tài Sự nghiệp đổi kinh tế đất nước nhằm đưa nước ta khỏi tình trạng nghèo nàn, chậm phát triển đà Đảng khởi xướng lÃnh đạo thực 20 năm qua Để thực mục tiêu Công nghiệp hoá, đại hoá Đất nước việc phát triển khoa học công nghệ nói chung khoa học công nghệ khí nói riêng trở nên quan trọng cấp thiết hết Từ cuối thập niên 80 cđa thÕ kû XX ®Õn nay, rÊt nhiỊu doanh nghiệp nước đà trang bị nhiều loại máy, thiết bị sử dụng kỹ thuật CNC nhằm nâng cao suất, chất lượng sản phẩm Bên cạnh kết đạt mặt công nghệ số doanh nghiệp gặp khó khăn hiệu kinh tế sử dụng máy thiết bị nguyên nhân sau: - Việc chuyển giao công nghệ chưa đầy đủ - Đầu tư thiếu đồng bộ, nhập nhiều chủng loại hệ máy, có loại không rõ nguồn gốc - Giá thành đầu tư lớn nên mức khấu hao cao - Số lượng sản xuất máy thường theo loạt vừa nhỏ - Chưa chủ động bảo dưỡng, bảo trì máy Vấn đề đặt làm để nâng cao hiệu khai thác, sử dụng loại máy này? Qua tìm hiểu doanh nghiệp sản xuất khí có sử dụng máy thiết bị NC, CNC, xét mặt xác định chế độ cắt thấy có số vấn đề sau: - Các doanh nghiệp 100% vốn nước liên doanh máy gia công sử dụng kỹ thuật CNC chủ yếu để sản xuất mặt hàng truyền thống, ổn định Chương trình gia công máy chuyên gia nước đưa vào nên chế độ công nghệ thiết lập chương trình đà hoàn chỉnh - 14 - - C¸c doanh nghiƯp níc sư dơng máy CNC việc lập trình gia công người lập trình thực Chế độ công nghệ (v, s, t) xác định cách tra sổ tay công nghệ thực gia công máy truyền thống cách lấy theo kinh nghiệm Chính lẽ đó, chế độ công nghệ gia công máy chưa thể khẳng định hợp lý Vì hiệu khai thác, sử dụng máy hạn chế Đề tài Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu gia công máy tiện CNC lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý tiến tới tối ưu hoá chế độ công nghệ cho trình tiện CNC việc cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu khai thác, sử dụng máy tiện CNC sản xuất khí nói riêng sở để nghiên cứu cho máy khác ii Nội dung nghiên cứu Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn có nội dung sau: - Nghiên cứu tỉng quan vỊ kü tht CNC, vỊ c¬ së lý thuyết toán tối ưu làm sở cho việc xây dựng toán tối ưu chế độ cắt gia công máy tiện CNC - Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm trình cắt làm sở cho việc xây dựng mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ cắt với lực cắt, độ nhám bề mặt tuổi bền dụng cụ - Nghiên cứu xác định hàm mục tiêu hàm giới hạn toán tối ưu chế độ cắt gia công máy tiện CNC - Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng công thức toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ cắt với lực cắt, độ nhám bề mặt, tuổi bền dụng cụ tiện mặt trụ với phôi thép máy tiện CNC - Xây dựng toán tối ưu hoá chế độ cắt gia công mặt trụ máy tiện CNC theo hàm mục tiêu Thời gian nhỏ ứng dụng tin học xây dựng phần mềm giải toán tối ưu - 15 - iii Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu tìm hiểu ảnh hưởng chế độ công nghệ trình cắt nói chung mối quan hệ chế độ cắt với yếu tố trình cắt : Lực cắt, tuổi bền dao, độ nhám bề mặt Việc nghiên cứu thực nghiệm tiến hành với điều kiện sau: - Máy thực nghiệm: máy tiện CNC - Vật liệu gia công thép C45 - Vật liệu làm dao mảnh hợp kim TCMT Nhật Bản - Đối tượng gia công mặt trụ - Thiết bị đo lực, đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt, đo kích thước(đo đường kính chi tiết), đo lượng mòn dao theo mặt sau nước chế tạo (hÃng Mitutoyo Nhật Bản, Kistler- Thuỵ sỹ) iv Phương pháp nghiên cứu Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ yếu tố chế độ cắt víi mét sè u tè kh¸c nh ti bỊn dơng cụ, lực cắt, độ nhám bề mặt gia công - Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng sở lý thuyết mối quan hệ chế độ cắt với yếu tố trình cắt như: lực cắt, tuổi bền dao, độ nhám bề mặt - Thực nghiệm máy để xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ cắt với yếu tố trình cắt : lực cắt, tuổi bền dao, độ nhám bề mặt Ngoài ra, trình nghiên cứu trao đổi với Giáo viên hướng dẫn Nhà khoa học chuyên ngµnh v ý nghÜa khoa häc vµ ý nghÜa thùc tiƠn cđa ln ¸n ý nghÜa khoa häc: - 16 - Bằng cách nghiên cứu sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận án đà đưa hàm toán học mô tả mối quan hệ lực cắt, độ nhám bề mặt, tuổi bền dao với chế độ cắt làm sở cho việc tối ưu hoá trình cắt cho nghiên cứu khác trình cắt Đồng thời sở luận án đà xây dựng toán tối ưu với hàm mục tiêu thời gian gia công nhỏ hàm ràng buộc điều kiện máy, dao, chất lượng bề mặt trình cắt Xây dựng cách giải toán tối ưu thiết kế phần mềm trợ giúp lựa chọn chế độ cắt gia công máy tiện CNC ý nghĩa thực tiễn : Kết nghiên cứu xây dựng chế độ cắt tối ưu gia công máy tiện CNC có ý nghĩa thực tiễn nghiên cứu khoa học sản xuất sau: - Làm sở cho việc nghiên cứu khía cạnh khác trình cắt - Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ viết chương trình gia công NC trình chuẩn bị sản xuất hợp lý hơn, hiệu khai thác, sử dụng máy tiện CNC tốt Góp phần vào việc nâng cao suất hạ giá thành sản phẩm Đây yếu tố có ý nghĩa lớn phát triển doanh nghiệp môi trường sản xuất, kinh doanh phải đối mặt với cạnh tranh khốc liệt thị trường trình hội nhập - Đạt khả cho suất cao đảm bảo chất lượng bề mặt theo yêu cầu sản xuất số lượng sản phẩm không nhiều - Tạo phần mềm lựa chọn với ràng buộc mở, cho phép doanh nghiệp lựa chọn điều kiện ràng buộc phù hợp với thực tiễn sản xuất, chẳng hạn phải sử dụng dao đặc biệt, giá thành cao đưa vào yêu cầu tuổi bền dao cao, phần mềm tính toán lựa chọn chế độ cắt phù hợp với yêu cầu - 17 - phần nội dung chương 1: tổng quan tối ưu hoá chế độ cắt việc khai th¸c, sư dơng m¸y tiƯn CNC hiƯn 1.1 Tỉng quan tối ưu hoá chế độ cắt gia công 1.1.1 Khái quát tối ưu hoá Tối ưu hoá trình cắt gọt vấn đề phức tạp đà quan tâm triển khai nghiên cứu từ thập niên 70 kỷ trước nước công nghiệp phát triển, thuộc hai hệ thống xà hội đối lập lúc hệ thống nước Xà hội Chủ nghĩa hệ thống nước Tư Chủ nghĩa Trong sách tiếng Đức [49] xuất năm 1977 nói vấn đề tối ưu hoá trình cắt Giáo sư Tiến sĩ Khoa học HANS JRGEN JACOBS cộng trường Đại học Tổng hợp kỹ thuật DRESDEN(thuộc Cộng hoà Dân chủ Đức trước đây) đà nêu mục đích, nội dung phương pháp triển khai việc tối ưu hoá trình gia công cắt gọt Tuy nhiên điều kiện lúc có máy điều khiển số hệ máy NC (Numerical Control Machine Tool) sư dơng s¶n xt víi tû lƯ thấp, đề tài cấp nhà nước lúc chủ yếu thực máy thường số máy NC Cũng theo tài liệu sở tối ưu hoá xác định gồm: * Cơ sở kỹ thuật cắt gọt: Đó đại lượng đặc trưng trình cắt lực cắt thành phần, độ nhám bề mặt gia công, độ mòn tuổi bền dụng cụ qui nạp thành điều kiện giới hạn * Cơ sở kinh tế kỹ thuật: Các tiêu tối ưu hàm mục tiêu giới hạn thông số công nghệ trình cắt, là: - Các chØ tiªu tèi u: + Chi phÝ tõng chiÕc: nhá nhÊt + Thêi gian tõng chiÕc: nhá nhÊt + Sè lượng thành phẩm: nhiều - 18 - + Lợi nhận(lÃi): lớn - Các giới hạn thông số công nghệ: Các điều kiện biên xác định mối liên quan điều kiện gia công thông số công nghệ mà giá trị hợp lý(hay tối ưu) xác định Các điều kiện biên xác lập theo giới hạn kỹ thuật trang thiết bị, dụng cụ gia công, vật liệu gia công, yêu cầu độ xác gia công,v.v Nghĩa giá trị cho phép thông số công nghệ máy, trang bị, dụng cụ gia công đối tượng gia công không vượt thực trình cắt máy Ngoài việc xây dựng së lý thut vỊ tèi u ho¸, néi dung cn sách tập trung vào hai phương pháp gia công tiện phay đưa giải pháp triển khai tối ưu hoá với trợ giúp máy tính (thế hệ máy tính tương tự máy tính nhỏ) với chương trình máy tính KOFA DR1 2, KOFA MKFR với ngôn ngữ lập trình SYMAP ngân hàng liệu Mô hình toán tối ưu để xác định chế độ cắt hợp lý gia công cắt gọt (tiện, phay) chuyển đổi thành hệ phương trình bậc (tuyến tính) giải phương pháp toán vi phân mà không dùng phương pháp đơn hình (Simplex) tác giả DANTZIG (Mỹ) có hai phương pháp tối ưu nêu tối ưu hoá tĩnh tối ưu hoá động Tối ưu hoá tĩnh: Là trình nghiên cứu giải toán tối ưu dựa mô hình tĩnh trình cắt gọt (còn gọi tối ưu trước trình cắt)[3], [49] Để thực toán phải dựa sở giả thiết: - Giả thiết lượng dư gia công lát cắt không thay đổi - Giả thiết độ cứng vật liệu gia công có độ bền, độ cứng đồng - Trong giai đoạn mòn ổn định, lượng mòn dao thay ®ỉi theo thêi gian víi mèi quan hƯ lµ tun tính Sau xây dựng giải toán xác định thông số cắt hợp lý, người ta tiến hành điều chỉnh máy làm việc theo thông số suốt trình gia công - 19 - Như vậy, phương pháp có ưu điểm đơn giản, có nhược điểm không ý đến động lực học trình cắt, nghĩa không ý đến yếu tố mang tính ngẫu nhiên xảy trình cắt phoi bám, kẹt phoi, độ cứng vững chi tiết gia công phụ thuộc vào vị trí cắt (hình 1.1)[49] Hơn giả thiết thực tế không lượng dư lát cắt có thay đổi (do dao mòn, chi tiết bị uốn ) , độ cứng độ bền vật liệu đồng tuyệt đối.v.v [3], [49] Vậy mà giá trị tối ưu đà xác định trước không thay đổi trình cắt thực Các đại lượng đầu vào(EG) Phôi gia công - Tốc độ cắt V - Lượng tiến dao S - Chiều sâu cắt t Các đại lượng đầu vào điều chỉnh Thông số máy, gá, dụng cụ gia công Các đại lượng đầu vào không điều chỉnh Thông số chi tiêt gia công Quá trình tạo phoi: - Hệ thống công nghệ (máy, gá, dao, phôi) - Các đại lượng đặc trưng(KG): + Độ mòn dao + Lực cắt +Nhiệt c¾t KG = f(EG) AG = f(KG) AG = f(EG) Chi tiết máy Các đại lượng đầu ra(AG) Đại lượng tổng hợp chất lượng gia công Đại lượng tổng hợp suất gia công -Độ xác vị trí -Độ xác kích thước -Độ xác chất lượng bề mặt - Chi phí gia công - Thời gian gia công Phoi Hình 1.1: Quá trình tạo phoi gia công cắt gọt Tối ưu hoá động(hay tối ưu liên tục): Là tối ưu hoá trình cắt nhằm khai thác tối đa tiềm hệ thống công nghệ Quá trình nghiên cứu giải toán dựa mô hình động trình cắt, trình cắt giữ trạng thái cân nhờ kỹ thuật điều khiển cách liên tục xác định giá trị tối ưu đại lượng theo mục tiêu đà định theo thời gian ... công nghệ gia công máy chưa thể khẳng định hợp lý Vì hiệu khai thác, sử dụng máy hạn chế Đề tài Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu gia công máy tiện CNC lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác. .. Nghiên cứu xác định hàm mục tiêu hàm giới hạn toán tối ưu chế độ cắt gia công máy tiện CNC - Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng công thức toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ cắt với lực cắt, độ. .. toán tối ưu thiết kế phần mềm trợ giúp lựa chọn chế độ cắt gia công máy tiện CNC ý nghĩa thực tiễn : Kết nghiên cứu xây dựng chế độ cắt tối ưu gia công máy tiện CNC có ý nghĩa thực tiễn nghiên cứu