Xây dựng phương pháp tự động hóa thiết kế quy trình ông nghệ gia ông ơ khí

Mục tiêu của 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 s

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Công nghệ chế tạo máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Công nghệ chế tạo máy

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

1.PGS.TS Hà Minh Hùng 2.GS.TS Trần Văn Địch

Hà Nội – Năm 2013

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Lời cam đoan 3

Danh mục các hình vẽ 4

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP - THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ KHÍ. 8

1.1 Tổng quan về thiết kế công nghệ gia công cơ khí 8

1.2 Tiến trình chế tạo chi tiết cơ khí 9

1.3 Nội dung thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí 11

1.4 Những nội dung thiết kế chính 14

1.4.1 Xác định kích thước phôi 14

1.4.2 Thiết kế nguyên công 14

1.5 Xác định phương pháp ứng dụng máy tính thiết kế quy trình công nghệ gia công cắt gọt 20

1.5.1 Các phương thức thiết kế QTCN gia công cắt gọt 20

1.5.2 Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính thiết kế QTCN gia công cắt gọt 23

1.5.3 Các phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt và khả năng ứng dụng máy tính 24

1.5.4 Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt thông thường và khả năng ứng dụng máy tính trợ giúp tra cứu số liệu, hỗ trợ tính toán trong thiết kế QTCN gia công cắt gọt 24

1.5.5 Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở công nghệ nhóm, công nghệ điển hình và công nghệ tổ hợp và khả năng ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN gia công cắt gọt 27

1.5.6 Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt dưới dạng hỗ trợ, tư vấn và khả năng ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN cắt gọt trên cơ sở hệ chuyên gia hỗ trợ 33

1.5.7 Phương pháp thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt và khả năng ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN gia công cắt gọt 35

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CÁC DỮ LIỆU CHO TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT - KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ KHÍ 39

2.1.Những vấn đề chung thiết kế tối ưu QTCN cắt gọt 39

2.1.1 Hàm mục tiêu khi thiết kế tối ưu QTCN cắt gọt 39

2.1.2 Xác định các bài toán tối ưu cơ bản khi thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt 40

2.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế tối ưu bước gia công và trình tự nguyên công 44

2.3 Xây dựng và mã hóa hệ dữ liệu cho tự động hóa thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt 46

2.3.1 Phân loại dữ liệu và mã hóa dữ liệu dùng trong thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt 46

2.3.2 Cấu trúc và mã hóa dữ liệu về chi tiết cần gia công 48

2.3.3 Cấu trúc và mã hóa dữ liệu chung 48

2.3.4 Mã hóa dữ liệu về chỉ tiêu cơ, lý, hóa tính 50

2

2.3.5 Mã hóa dữ liệu phân loại chi tiết gia công 51

2.3.6 Cấu trúc và mã hóa dữ liệu các bề mặt cần gia công 53

2.3.7 Giải thuật về dữ liệu chi tiết gia công 69

2.4 Cấu trúc và mã hóa dữ liệu về phương pháp gia công 69

2.4.1 Mã hóa dữ liệu về phương pháp tiện 70

2.4.2 Mã hóa dữ liệu về phương pháp khoan – khoét doa 70 –

2.4.3 Mã hóa dữ liệu về phương pháp phay 71

2.4.4 Mã hóa dữ liệu về phương pháp bào – xọc 72

2.4.5 Mã hóa dữ liệu về phương pháp chuốt 72

2.4.6 Mã hóa dữ liệu về phương pháp mài 73

2.4.7 Dữ liệu về phương pháp gia công răng 73

2.4.8 Dữ liệu về phương pháp gia công ren – trục vít 74

2.4.9 Dữ liệu các phương pháp gia công đặc biệt 74

2.5 Cấu trúc và mã hóa dữ liệu về máy công cụ 75

2.5.1 Mã hóa dữ liệu về tốc độ chạy dao 76

2.5.2 Mã hóa dữ liệu về khả năng công nghệ của máy 77

2.5.3 Mã hóa dữ liệu về khả năng sử dụng dao cắt của máy 77

2.5.4 Dữ liệu về khả năng sử dụng đồ gá của máy 78

2.6 Cấu trúc và mã hóa dữ liệu về dụng cụ cắt gọt 78

2.6.1 Mã hóa dữ liệu về lưỡi cắt 79

2.6.2 Mã hóa dữ liệu về thân dụng cụ cắt 79

2.6.3 Mã hóa dữ liệu về khả năng gia công 79

2.6.4 Mã hóa dữ liệu giới hạn về điều kiện làm việc 80

2.7 Cấu trúc và mã hóa dữ liệu về đồ gá 80

2.7.1 –.Mã hóa dữ liệu về kết cấu, kích thước đồ gá 81

2.7.2 Mã hóa dữ liệu điều kiện làm việc 81

2.8 Cấu trúc và mã hóa dữ liệu về trang bị công nghệ 81

2.8.1 Mã hóa dữ liệu kết cấu và kích thước trang bị công nghệ 82

2.8.2 Mã hóa dữ liệu về khả năng sử dụng 82

2.8.3 Mã hóa dữ liệu điều kiện làm việc 82

2.9 Mã hóa dữ liệu để tính toán kinh tế 82

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ - QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHO CHI TIẾT DẠNG CÀNG 84

3.1 Phân loại và mã hoá chi tiết dạng Càng 84

3.2 Xây dựng các thuật giải cho chi tiết dạng Càng 94

3.2.1 Thuật giải ghép nhóm chi tiết 94

3.2.2 Thuật giải xác định chi tiết cơ sở (CTCS) 94

3.2.3 Thuật giải xây dựng chi tiết đại diện (CTĐD) 94

3.2.4 Xây dựng phương pháp gia công chi tiết đại diện 96

3.2.5 Xây dựng trình tự gia công chi tiết đại diện 96

KẾT LUẬN CHUNG 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

3

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu c a riêng tôi Các s li u, k t ủ ố ệ ế

qu nêu trong luả ận văn là trung thực và chưa từng được ai công b trong b t k ố ấ ỳcông trình nào khác

Người cam đoan

Lê Quang Dũng

4

Danh mục các hình vẽ

Hình 1.1: Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN cắt gọt 23

Hình 1.2: Sơ đồ ph ng pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt thông thườngươ 25

Hình 1.3: Sơ đồ phân loại chi tiết gia công 30

Hình 1.4: Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở công nghệ nhóm, công nghệ điển hình và công nghệ tổ hợp. 31

Hình 1.5: Hình thức làm việc phần mềm hệ chuyên gia 34

Hình 1.6: Cấu trúc của hệ chuyên gia tự động thiết kế QTCN cắt gọt 34

Hình 1.7: Sơ đồ ph ng pháp thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọtươ 38

Hình 2.1: Cấu trúc bước gia công 44

Hình 2.2: Sơ đồ phân loại các bề mặt gia công 54

Hình 2.3: Sơ đồ phân loại các bề mặt cong ngoài không tròn xoay 55

Hình 2.4: Sơ đồ phân loại các bề mặt lỗ tròn xoay 56

Hình 2.5: Sơ đồ phân loại các bề mặt cong lỗ không tròn xoay 57

Hình 2.6: Sơ đồ phân loại các bề mặt phẳng 58

Hình 2.7: Sơ đồ phân loại các bề mặt phẳng chi tiết không tròn xoay 59

Hình 2.8: Sơ đồ phân loại các bề mặt phẳng lỗ chi tiết không tròn xoay 60

Hình 2.9: Giải thuật về dữ liệu chi tiết gia công 69

Hình 3.1 Thuật toán ghép nhóm chi tiết Biên/Càng 95

Hoà chung n n khoa h c c a th gi i, n n s n xuề ọ ủ ế ớ ề ả ất nước ta cũng dần đi vào phát triển lĩnh vực này Với đặc điểm là một nước đang phát triển, n n khoa h c k ề ọ ỹthuật còn non kém, trong khi đó sự phát tri n khoa hể ọc như vũ bão đã đẩy nước ta cũng như các nước đang phát triển khác rơi vào hoàn cảnh tr ở thành nơi chứa đựng các dây chuy n l c hề ạ ậu từ các nước phát triển hơn, hoặc b kh ng ch v công nghị ố ế ề ệ Trước tình hình như vậy đòi h i c n có mỏ ầ ột đội ngũ kỹ sư phải hi u bi t v ể ế ề lĩnh vực

t ng hoá, am hi u v công ngh ự độ ể ề ệ và có tính năng động, t ự chủ để đáp ứ ng yêu cầu

c a xã h i Chính vì vủ ộ ậy ngành “ Tự động hoá quá trình’’ được xem là m t trong ộ

nh ng ngành ch ữ ủ chốt trong các lĩnh ự v c công ngh ệ cơ khí hiện nay

V i s h ớ ự ỗ trợ ủ c a khoa h c k thu t hiọ ỹ ậ ện đại, công ngh ệ chế ạo máy đã có t

s t phá mang tính cách mự độ ạng Đó là sự ệ hi n di n cệ ủa máy tính điệ ử ỹ thuật n t , k điều khi n t ng, máy công c ể ự độ ụ CNC có độ chính xác cao và rôb t công nghi p ố ệNhững nhân t ố này đã mang lại cho ngành ch t o máy m t di n m o m i, v i tính ế ạ ộ ệ ạ ớ ớ

hi u qu , kinh t , chính xác, linh hoệ ả ế ạt được nâng cao m t cách rõ rộ ệt

M t trong nh ng lý do khi n ngành công ngh ộ ữ ế ệ chế ạ t o máy hiện đại có được

những ưu điểm đã nêu là con người đã biết ứng d ng k ụ ỹ thuật tin h c trong thi t k ọ ế ế

và ch t o các s n phế ạ ả ẩm cơ khí Với đề tài này gi i thi u v cách th c xây d ng ớ ệ ề ứ ựphương pháp tự độ ng hóa thi t k quy trình công ngh trong s n xuế ế ệ ả ất cơ khí (CAP - Computer Aided Planning)

6

Phương pháp t ng hóa thi t k quy trình công ngh có tr giúp c a máy ự độ ế ế ệ ợ ủtính được xây dựng trên cơ sở ệ h ph n m m thi t k công ngh ầ ề ế ế ệ cơ khí kế ợt h p gi a ữtri th c và kinh nghi m thi t k công ngh cùng v i toán tứ ệ ế ế ệ ớ ối ưu, bao gồm: h ệ cơ sở

d u, thu t giữ liệ ậ ải, chương trình máy tính, khi đó: các dữ liệu này được mã hóa và là

cơ sở để ế ti n hành vi c t ng hóa thi t k v i các công ngh ch t o chi tiệ ự độ ế ế ớ ệ ế ạ ết cơ khí v i các thông s công ngh tớ ố ệ ối ưu; Quy trình công nghệ được thi t k t ng ế ế ự độ

v i các thông s công ngh ớ ố ệ được tính toán m t cách nhanh chóng thông qua các ộchương trình máy tính Kết qu là: cho phép thi t lả ế ập được quy trình công ngh cho ệ

s ự ra đờ ủi c a s n ph m v i s chính xác theo yêu c u và thả ẩ ớ ự ầ ời gian được rút ng n ắCho nên tính linh ho t trong s n xuạ ả ất, năng s ấu t và chất lượng s n phả ẩm được nâng cao; Cho phép rút ng n th i gian và khắ ờ ối lượng ki n th c c n trang b cho nhân ế ứ ầ ịcông vì ph n l n quá trình công ngh ầ ớ ệ được thi t k t ế ế ự động Do đó mà chi phí cho đào tạo nhân l c gi m Vì th nhự ả ế ằm đưa nước ta t ừ nước kinh t kém phát tri n ế ểchuyển sang nước có n n công nghi p hiề ệ ện đại đang đặt ra yêu c u h t s c c p thi t ầ ế ứ ấ ế

đố ới ngành cơ khí chế ại v t o máy hiện đại đủ kh ả năng chế ạ t o ra các thi t b máy ế ịmóc cho các ngành kinh t ế khác, đáp ứng yêu c u công cu c công nghi p hóa, hiầ ộ ệ ện

đại hóa đất nước

Nhậ ứ ấn đề này, tôi đã chọn đề ứu “ Xây dựng phương pháp tự độ ng hóa thi t kếế quy trình công ngh gia công cệ ơ khí’’ v i mong muớ ốn nghiên c u ti p c n nh ng ti n b khoa h c k ứ ế ậ ữ ế ộ ọ ỹ thuật và công ngh , k ệ ế thừa có ch n ọ

l c nh ng k t qu nghiên c u c a các công trình nghiên c u v ọ ữ ế ả ứ ủ ứ ề lĩnh vự ự độc t ng hóa thiết kế QTCN c t g ắ ọt

c xây d ng h ng t ng hóa thi t k quy trình công ngh c t g t là

đề tài r t thi t th c, c p thi t v i th c t s n xu t cấ ế ự ấ ế ớ ự ế ả ấ ủa ngành cơ khí chế ạ t o máy B i ở

vì ngành cơ khí chế ạ t o máy hi n nay cệ ủa nước ta có cơ sở ậ v t ch t, máy móc thi t ấ ế

b h t sị ế ức cũ nát, thiếu thốn không đồng bộ Đặc bi t công tác thi t k , chu n b sệ ế ế ẩ ị ản

xuất còn đang thực hi n b ng tay, d a vào kinh nghi m, b ng tra cệ ằ ự ệ ả ứu v.v…Phương thức thi t k l c hậế ế ạ u này không cho phép chúng ta th c hi n công tác thi t k nhanh ự ệ ế ế

7

chóng, không cho phép chúng ta có th tính toán nhiể ều phương án so sánh, lựa chọn được phương án tối ưu

Mục tiêu nghiên cứu của đ tài là:ề

- Nghiên cứ ổu t ng quan v ề các phương pháp thiết kế qui trình công ngh ệ

- Xây dựng các d u ữ liệ cho tự độ ng hóa thi t k qui trình công ngh ế ế ệ

Nội dung trình bày trong luận văn thạc sỹ ồm: g

Chương 1: Nghiên cứu t ng quan v ổ ề các phương pháp thiết k quy trình ế

công ngh ệ gia công cơ khí.

Chương 2 :Xây d ng các d li u cho t ự ữ ệ ự động hóa thi t k quy trình công ế ế nghệ gia công cơ khí.

Chương 3: Ứng dụng phương pháp tự động hóa thi t k quy trình công ế ế nghệ cho chi ti t d ng càng ế ạ

8

CHƯƠNG 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ KHÍ

1.1 Tổng quan về thiết kế công nghệ gia công cơ khí

Mục tiêu của 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 dây chuyền công nghệ trong thực tế sản xuất

Nội dung chuẩn bị công nghệ 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

Cơ sở khoa học để chuẩn bị công nghệ cho sản xuất cơ khí là:

- Kỹ thuật thiết kế điều khiển công nghệ cơ khí có lý luận khoa học.-

- Áp dụng kỹ thuật tin học với công cụ máy tính

Các sản phẩm cơ khí được lắp ghép từ những chi tiết cơ khí đã được chế tạo đạt những yêu cầu kỹ thuật nhất định Hiệu quả của quá trình chế tạo các chi tiết cơ khí có ảnh hưởng rất lớn đối với với quá trình lắp ráp sản phẩm cơ khí Các giải pháp công nghệ hiện đại được áp dụng trong các khâu chế tạo phôi, gia công cơ khí đối với các chi tiết tạo điều kiện đảm bảo tính chất lắp lẫn của chúng, qua đó giảm khối lượng công việc ở khâu lắp ráp sản phẩm

9

Như vậy, thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí là nội dung quan trọng phải quan tâm giải quyết tốt trong khâu chuẩn bị kỹ thuật để triển khai sản xuất chế tạo sản phẩm cơ khí đáp ứng nhu cầu xã hội cả về số lượng, giá trị sử dụng

Trong chương này trình bày những vấn đề sau đây:

- Những yêu cầu cần đảm bảo về mặt kinh tế và kỹ thuật khi thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí

- Yếu tố kỹ thuật, thời gian và không gian của dây chuyền công nghệ

- Tiến trình chế tạo chi tiết cơ khí tổng quát

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

- Những nội dung thiết kế chính

- Các phương pháp thiết kế công nghệ (tập trung nguyên công, phân tán nguyên công)

- Biện pháp tăng năng suất gia công để giảm giá thành chế tạo chi tiết

- So sánh các phương án công nghệ khả thi để chọn phương án tối ưu

- Các phương thức thiết kế công nghệ (thủ công, cơ khí, tự động)

- Thiết kế công nghệ có máy tính trợ giúp

1.2 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 lô gic 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

10

Quan trọng nhất ở đây là phải đảm bảo quy luật lô gic của quá trình biến đổi trạng thái, tính chất của đối tượng gia công, đảm bảo các bước chuyển tiếp giữa các giai đoạn của quá trình biến đổi đó

Những quy luật lô gic về kỹ thuật và công nghệ cơ bản đối với quá 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, mà trong thực tế gia công bắt buộc phải thực hiện theo tiến trình sau:

1 Gia công thô

2 Gia công bán tinh

3 Gia công tinh

4 Gia công rất tinh

- 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, ví dụ:

1 Gia công tạo hình sơ bộ (gia công thô và bán tinh)

2 Nhiệt luyện

3 Gia công tạo hình chính xác (gia công tinh và rất tinh)

- Thứ tự hình thành các bề mặt trên chi tiết cơ khí theo nguyên tắc chọn chuẩn gia công, ví dụ: phải gia công trước tiên các bề mặt dùng làm chuẩn định vị chi tiết

- Thứ tự gia công theo các phương án phôi khác nhau đối với các chi tiết cơ khí, ví dụ: phôi để chế tạo chi tiết dạng trục có thể là phôi thanh tiêu chuẩn hoặc phôi chế tạo rời từng chiếc, do vậy thứ tự gia công trục phụ thuộc vào từng loại phôi

11

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 hoá, v.v )

4 Gia công cắt got 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, v.v )

8 Làm sạch sau nhiệt luyện

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

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

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

Theo tiến trình tổng quát trên, công đoạn gia công cơ khí trước nhiệt luyện bao gồm các công việc từ 2 đến 5, còn công đoạn gia công sau nhiệt luyện bao gồm các công việc 10 và 11

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

1 Xem xét để xếp dạng chi tiết, nghĩa là kiểm tra bản vẽ thiết kế chi tiết để xác định dạng chi tiết cần chế tạo ứng với dạng chi tiết cơ bản nào (trục, bạc, càng, hộp, bánh răng, v.v )

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 dạng chi tiết tương ứng; nghĩa là phân tích phê phán 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

12

3 Xác định 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 tỉ 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 cơ khí (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 v.v 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 hoá 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, điều này có liên quan đến việc chọn phương pháp chế tạo phôi thích hợp, bởi vì khả năng tạo hình của các phương pháp đúc cao hơn của các phương pháp rèn dập

- Vật liệu chế tạo chi tiết (vật liệu là gang có tính đúc tốt hơn thép, vật liệu là thép lại có khả năng biến dạng dẻo tốt hơn gang và thích hợp với phương pháp rèn dập)

- Quy mô sản xuất, nghĩa là khi phương pháp chế tạo phôi dựa vào hai yếu tố trên (độ phức tạp về hình dạng, vật liệu) đã được chọn là phôi đúc, nhưng nếu quy mô sản xuất hàng loạt lớn thì phương án chế tạo phôi phải chọn là đúc trong khuôn kim loại hoặc đúc áp lực, còn nếu quy mô sản xuất là hàng loạt nhỏ thì phương án thích hợp lại là đúc trong khuôn cát, làm khuôn bằng tay với mẫu gỗ

- 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 bị công nghệ và phương án

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 dạng 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 bề mặt gia công, dung sai kích thước, dụng cụ cắt, chế độ cắt, v.v

- 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 đo cho từng 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, v.v

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 các 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

14

13 Lập các phiếu công nghệ (phiếu tiến trình công nghệ, phiếu nguyên công, v.v ) tuỳ theo quy mô sản xuất, ví dụ: ở quy mô sản xuất hàng loạt vừa, hàng loạt lớn và hàng khối cần phải lập phiếu tiến trình công nghệ và phiếu nguyên công

để chỉ dẫn chính xác nội dung thực hiện, còn ở quy mô sản xuất hàng loạt nhỏ thường chỉ cần lập phiếu tiến trình công nghệ

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 nhỏ (còn gọi là xê ri số không), 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

1.4 Những nội dung thiết kế chính

1.4.1 Xác định kích thước phôi

Kích thước phôi và dung sai của kích thước phôi được xác định cho từng bề mặt chi tiết theo hai thành phần như sau: kích thước yêu cầu ứng với bề mặt ghi trên bản vẽ thiết kế chi tiết và lượng dư gia công tổng cộng (Z0) cho 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 theo 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 là thép; tuy vậy lại phải chịu phí tổn chế tạo phôi cao, do vậy phương án này chỉ thích hợp với quy mô sản xuất lớn (hàng loạt lớn và hàng khối)

- Dùng phôi có lượng dư gia công lớn, dung sai lớn để giảm chi phí 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)

1.4.2 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 gồm 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

15

- 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

a 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 )

b Ch n máy công c ọ ụ

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 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 độ nhám,

16

- 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, v.v

c Xác định các bước công ngh ệ

Nói chung, 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 trải qua các bước sau:

- Gia công thô với mục tiêu gia công cần đạt là năng suất 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, )

Riêng đối với gia công lỗ trên phôi đặc có kích thước đường kính lỗ nhỏ hơn

30 mm, đạt IT8 và Ra = 2,5 m (cấp nhẵn bóng bề mặt là 6) phải qua các bước gia 

công trong một nguyên công (một lần gá phôi) như sau: bước 1: khoan, bước 2: khoét, bước 3: doa

Đối với từng bước công nghệ cần xác định rõ những yếu tố như sau:

17

Chế độ cắt khi gia công cắt gọt gồm có những đại lượng sau đây:

- 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

Nói chung, 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

…), v.v …

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 để 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

Giá trị của các đại lượng chế độ cắt khi gia công cắt gọt thường được xác định như sau:

1 Dựa vào lượng dư gia công (Z), độ cứng của vật liệu phôi, thông số hình học và độ vững của dụng cụ cắt xác định trị số lớn nhất của đại lượng chiều sâu cắt (tmax), số lần cắt (i) như sau: i = Z/tmax

2 Trên cơ sở giá trị tmax, xét đến độ chính xác IT và độ nhám bề mặt yêu cầu cũng như độ cứng vững của hệ thống gia công và sức bền thân dao, tiến hành xác

18

định giá trị lớn nhất của lượng tiến dao (Smax), từ đó dựa vào thang chia của máy sử dụng để xác định giá trị lượng dư chạy dao theo máy (Smáy)

3 Xác định tuổi bền kinh tế (TKT) của dụng cụ cắt

4 Xác định vận tốc cắt (v) theo các giá trị tuổi bền kinh tế (TKT), chiều sâu cắt lớn nhất (tmax), lượng tiến dao theo máy (Smax)

5 Xác định tốc độ quay (n) của trục chính máy gia công theo vận tốc cắt (v) rồi dựa vào thang chia về cấp vòng quay của máy để chọn tốc độ theo máy thực tế (nmáy), sau đó tính lại giá trị thực của vận tốc cắt (v)

6 Kiểm nghiệm lại lực cắt và công suất cắt theo máy đã chọn

Ngoài cách trên còn có cách xác định giá trị tối ưu của các đại lượng chế độ cắt, ví dụ S, t, v, trên cơ sở vận dụng lý thuyết tính toán tối ưu, cụ thể là phương pháp quy hoạch tuyến tính, với mô hình toán tối ưu ứng với từng phương pháp gia công cắt gọt và điều kiện gia công cụ thể, gồm:

- Hàm mục tiêu, ví dụ: khi gia công thô thì mục tiêu là năng suất gia công cao (max), khi gia công tinh: mục tiêu là chất lượng gia công cao

- Các điều kiện giới hạn, ví dụ: các điều kiện ràng buộc của hàm mục tiêu theo điều kiện gia công và phương pháp gia công cụ thể (phạm vi điều chỉnh giá trị của chế độ cắt trên máy gia công, điều kiện đảm bảo tuổi bền kinh tế của dụng cụ cắt, điều kiện đảm bảo chất lượng gia công về độ chính xác IT và độ nhám bề mặt Ra,

Rz, điều kiện đảm bảo công suất cắt của máy gia công, v.v…)

Giá trị tối ưu của chế dộ cắt được xác định trước khi gia công, tức là ngoài quá trình cắt, rồi được chỉnh sẵn trên máy gia công theo những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nhất định, chưa xét đến ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên trong quá trình cắt thực, làm cho giá trị thực tế về chế độ cắt có sai lệch so với giá trị tối ưu đã tính toán trước Để khắc phục hạn chế này, giải pháp tối ưu hóa liên tục và thích nghi với quá trình cắt đã được xây dựng và đề xuất ứng dụng, nhằm đảm bảo tối ưu về chế độ cắt thích hợp với thời điểm cắt thực tế, cân bằng ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên, đảm bảo cho các đại lượng chế độ cắt luôn có giá trị tối ưu

19

e Định mức thời gian gia công

Mục tiêu ở đây 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

f Xác định s ố lượng máy và th c n thi t ợ ầ ế

Số lượng máy cần thiết (M) để thực hiện khối lượng công việc ứng với một

nguyên công của quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí được xác định như sau:

m T

k T M

k - hệ số về khả năng tăng năng suất, vượt định mức, ví dụ k = 0,9 0,95 

TM- quỹ thời gian làm viêc thực tế của một máy theo chế độ một ca

sản xuất/ngày, tính theo đơn vị giờ/năm

-

m số ca sản xuất trong một ngày đêm, m = 1, 2, 3

Số lượng thợ cần thiết (R) để thực hiện khối lượng công việc ứng với nguyên công được xác định bởi biểu thức sau:

N

n

T

k T

với: Tn - tổng giờ người cần thiết để gia công cả sản lượng chi tiết, tính

theo đơn vị giờ/năm

k - hệ số về khả năng tăng năng suất vượt định mức (k<1)

TN - quỹ thời gian làm việc thực tế của một thợ theo chế độ một ca

sản xuất/ngày, tính theo đơn vị giờ/năm

Số lượng thợ cần thiết (R) thực hiện khối lượng công việc ứng với nguyên công còn được xác định theo số máy cần thiết (M) cho nguyên công như sau:

Với R0 là số thợ cần thiết để cùng vận hành một máy, M là số máy cần thiết của nguyên công

20

1.5 Xác định phương pháp ứng dụng máy tính thiết kế quy trình công nghệ gia công cắt gọt

1.5.1 Các phương thức thiết kế QTCN gia công cắt gọt

Các phương thức thiết kế QTCN có thể được thực hiện là: Thủ công b ng tay ằvới các công cụ thiết k ( bút, giế ấy, dụng cụ vẽ), cơ khí và bằng máy tính

Bảng 1.1: Đặc trưng cơ bản của các phương thức thiết kế QTCN cắt gọt

Các đặc trưng

cơ bản

Các phương thức thi t k QTCN gia công c t g t ế ế ắ ọ

Phương tiện ghi

B ộ lưu giữ dùng băng từ, lõi ferit, đĩa mềm Phương thức xác

Đọ ừ ảc t b n ghi do máy đọc d ch cung ị

c p, nh n biấ ậ ết qua màn hình và máy

v ẽKhả năng diễn đạt Thủ công, b n v ả ẽ Thủ công, b n v ả ẽ T ng dùng máy ự độ

v , vi t ẽ ếPhương thức thông

21

Qua s ự phân tích đặc trưng cơ bản của các phương thức thi t k QTCN gia ế ếcông c t g t cho ta th y s dắ ọ ấ ử ụng máy tính là phương thức thi t k bán t ng- t ế ế ự độ ựđộng và là phương pháp tiên tiến hiện nay, đem lại hi u qu kinh t , tính chính xác ệ ả ế

c a công tác thi t k QTCN gia công c t g t rủ ế ế ắ ọ ất cao Đặc biệt đối v i thi t k ớ ế ế vàđiều khi n các h th ng công ngh có tính ng u nhiên, ph thu c th i gian, yêu c u ể ệ ố ệ ẫ ụ ộ ờ ầ

độ tin c y và tính linh ho t cao thì s d ng máy tính càng phù h p ậ ạ ử ụ ợ

S dử ụng phương thức thi t k QTCN gia công c t g t b ng máy tính s ế ế ắ ọ ằ ẽ đảm

bảo cho ngành cơ khí chế ạ t o máy nâng cao được năng suất và chất lượng sản

phẩm, đáp ứng các yêu cầu ngày càng đa dạng của đờ ối s ng và c a các ngành kinh ủ

t xã hế ội khác Đặc biệt trong cơ chế kinh t ế thị trường thì s n phả ẩm cơ khí ngoài năng suất, ch t lưấ ợng còn đòi hỏi ph i có tính c nh tranh cao, giá thành h ả ạ ạ

Nói m t cách khác công tác thi t k QTCN gia công c t g t phộ ế ế ắ ọ ải được ti n ếhành hoàn toàn t ng mự độ ới đảm b o th i gian thi t k nhanh, tính chính xác cao ả ờ ế ếtrên cơ sở tính toán, thi t k tế ế ối ưu

ng th i v t o máy hi i s d ng càng nhi u

máy móc hiện đại và t ng mự độ ở ức độ cao như các máy CNC, FMS, FMC, trung tâm gia công, h ệ thống s n xuả ất CIM,.v.v đòi hỏi chúng ta ph i t ng hóa quá ả ự độtrình thi t k công ngh , ph i gi i quy t thi t k QTCN gia công tế ế ệ ả ả ế ế ế ối ưu thì hiệu qu ả

s d ng các thi t b ử ụ ế ị máy móc đó mới cao, n u không thì d d n t i thua l B i vế ễ ẫ ớ ỗ ở ậy

đố ớ ệ ống này luôn luôn đặi v i h th t ra vấn đề tích h p CAD/CAM ợ

ng phát tri n c a công tác thi t k QTCN gia công c t g t trong

ngành ch t o máy hi n nay là: ế ạ ệ

nh

Thứ ất là:

Nghiên c u và ng dứ ứ ụng các phương pháp kỹ thuật nh m rút ng n th i gian ằ ắ ờ

và giảm kh i lưố ợng lao động của con người, nâng cao ch t lư ng, hi u qu c a quá ấ ợ ệ ả ủ

k ( CAD- Computer Aided Manufacturing) ng d ng k ế Ứ ụ ỹ thuật CAD/CAM cho phép ta gi i quy t nhi u vả ế ề ấn đề ph c t p, mang tính t ng h p, có th x lý nhiứ ạ ổ ợ ể ử ều phương án để chọn phương án tối ưu.

hai là:

Thứ

Thông qua việc ứng d ng k ụ ỹ thuật CAD/CAM trong thi t k QTCN, ch ế ế ỉ ra được cách th c c i ti n, nâng cao kh ứ ả ế ả năng làm việc c a máy móc, thi t b , c a d ng c ủ ế ị ủ ụ ụ

cắt,.v.v nhằm không ng ng nâng cao tính hi u qu c a quá trình công ngh ừ ệ ả ủ ệ

ng d ng máy tính trong thi QTCN gia công c

- Tăng hiệu suất của quá trình thiết kế

- Nâng cao chất lượng thiết kế

- Nâng cao kh ả năng thu nhập, liên k t công ngh thông tin ế ệ

- Tạo ra cơ sở ữ liệ d u cho quá trình s n xu ả ất

Máy tính và công ngh tin h c hoàn toàn có th ng d ng vào t t c các công ệ ọ ể ứ ụ ấ ảđoạn c a quá trình thi t k QTCN gia công c t gủ ế ế ắ ọt như:

- ng dỨ ụng để tính toán, tra c u s u,.v.v ứ ố liệ

- ng dỨ ụng để ự l a chọn, xác định phương án trình tự gia công

- ng d ng trong chuy n giao d u cho quá trình s n xuỨ ụ ể ữ liệ ả ất và điều khi n ểquá trình s n xu ả ất

Việc ứng d ng máy tính trong quá trình thi t k QTCN gia công c t g t có th ụ ế ế ắ ọ ể

áp dụng cho m t vài công viộ ệc cho đế ự độn t ng hóa hoàn toàn

23

1.5.2 Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính thiết kế QTCN gia công cắt gọt

Mô hình t ng quát ng dổ ứ ụng máy tính để thi t k QTCN gia công c t gế ế ắ ọt được mô t ả như hình 1.1

Hình 1.1: Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN cắt gọt

Đối tượng gia công

K QTCN GIA ẾCÔNG

24

1.5.3 Các phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt và khả năng ứng dụng máy tính

t k QTCN gia công c t g t và kh ng d ng máy

tính để thi t k QTCN gia công c t gế ế ắ ọt được trình bày qua các tài li u có th phân ệ ểthành các hướng chính sau:

- Phương pháp thiết k QTCN gia công c t gế ắ ọt thông thường v i kh ớ ả năng

ứng d ng máy tính tr giúp tra c u, tính toán m t s công vi c trong toàn b quá ụ ợ ứ ộ ố ệ ộtrình thiế ết k

- Phương pháp thiết kế QTCN gia công nhóm, công nghệ ể đi n hình và công nghệ

tổ hợp vớ ứi ng dụng máy tính để thiết kế gia công QTCN cắt gọt tổ hợp

- Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt dưới dạng tư vấn hỗ trợ vớ ứi ng dụng máy tính theo hướng hệ chuyên gia hỗ trợ thiết kế QTCN cắt gọt

- Phương pháp thiế ế ối ưu QTCN gia công cắ ọ ới ứt k t t g t v ng d ng máy tính ụthi t kế ế ối ưu QTCN gia công cắ ọ t t g t

*) Đặc điểm các phương pháp này như sau:

1.5.4 Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt thông thường và khả năng ứng dụng máy tính trợ giúp tra cứu số liệu, hỗ trợ tính toán trong thiết kế QTCN gia công cắt gọt

Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắ ọt thông thường được thực hiệt g n như hình 1.2

Hình 1.2: Sơ đồ phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt thông thường

1- Xác định phương pháp gia công cho các b m t c a chi ti t gia ề ặ ủ ế

công

2- T h ổ ợp các phương pháp gia công để xác định các phương án gia công

3- So sánh, đánh giá để ch n m t ọ ộ phương án gia công được cho là

h p lý nh t ợ ấ

4- Thi t k nguyên công ế ế

( Chọn máy công cụ, phân chia bước gia công, xác nh d ng c cđị ụ ụ ắt, lượng dư gia công, xác định ch c t, thi t k ế độ ắ ế ế đồ gá,…)

5- T o l p tài li u thi t k ạ ậ ệ ế ế

( B n v công ngh , phi u công nghả ẽ ệ ế ệ,…)

26

Đặc điểm phương pháp thiế ết k QTCN gia công c t gắ ọt thông thường là:

- Kinh nghi m và s sáng tệ ự ạo người thi t k ế ế đóng vai trò rấ ớn đết l n k t qu ế ảthiế ết k , nói cách khác ảnh hưởng ch quan củ ủa người thi t k n k t qu thi t k ế ế đế ế ả ế ếQTCN gia công cắt gọt là rất lớn

- S ố phương án gia công mà người thi t k ra càng l n thì k t qu ế ế đề ớ ế ả thiế ết k QTCN gia công c t g t càng có chắ ọ ất lượng cao hơn, song với kh ả năng con người thiết k ( dù có s ợế ự tr giúp tính toán c a máy tính) là không th c p h t các ủ ể đề ậ ếphương án gia công

- Quá trình l a chự ọn phương án gia công là chưa có cơ sở khoa h c v i các ọ ớchỉ tiêu đánh giá được định lượng hóa do vậy chưa xử lý vấn đề ối ưu QTCN gia tcông cắt g t.ọ

Với phương pháp thiế ết k QTCN gia công c t gắ ọt này, máy tính được s d ng: ử ụ

*) Công việc tạ ậo l p tài liệu thiế ết k :

- S d ng các ph n mử ụ ầ ềm soạn thảo để ạ ậ t o l p thuy t minh, báo cáo ế

- S d ng ph n m m v ử ụ ầ ề ẽ ( như Autocad, vecter,.v.v.) để thi t l p b n v ế ậ ả ẽ sơ đồnguyên công và b n v ả ẽ chế ạ t o,.v.v

Việc ứng dụng máy tính theo phương pháp này có đặc đi m: ể

- Giảm đáng kể ờ th i gian tính toán, công việc cho người thi t k ế ế

- Tài liệu thiết kế có chất lượng cao hơn

- Nâng cao độ chính xác trong tính toán thiết kế

- Mức độ, phạm vi ứng d ng h n ch , n ng v ụ ạ ế ặ ề tính toán và tra cứu

27

- Chưa đề ậ ớ c p t i quá trình thiết kế ự l a chọn phương án công nghệ

- Chưa xử lý ấn đề ối ưu QTCN gia công cắ ọt v t t g

1.5.5 Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở công nghệ nhóm, công nghệ điển hình và công nghệ tổ hợp và khả năng ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN gia công cắt gọt

Phương thức thi t k QTCN gia công c t g t xu t phát t ế ế ắ ọ ấ ừ cơ sở là các chi tiết gia công được s d ng lử ụ ặp đi lặ ạp l i khá nhi u Các chi ti t này có các thông s v ề ế ố ề

k t c u và công ngh hế ấ ệ ầu như không thay đổi nhi u Vì v y mà chúng ta có th s ề ậ ể ử

d ng tài li u công ngh ụ ệ ệ cũ được

Vấn đề là chúng ta ph i th ng nh t hóa, ti n t i tiêu chu n hóa quá trình ả ố ấ ế ớ ẩcông ngh Các hình th c công ngh có th tiêu chu n hóa quá trình công ngh ệ ứ ệ ể ẩ ệ là: Công nghệ gia công nhóm, công ngh ệ điển hình và công ngh t h p ệ ổ ợ

*) Công ngh nhóm ệ

Công ngh nhóm là phân loệ ại đối tượng s n xu t theo s gi ng nhau v t ng ả ấ ự ố ề ừ

ph n kầ ết cấu Như vậy cho phép gia công các chi ti t trong cùng m t nhóm v i cùng ế ộ ớtrang thi t b , d ng c và trình t công nghế ị ụ ụ ự ệ, nghĩa là cùng một nguyên công Như

v y qua s phân nhóm s ậ ự ố lượng chi ti t tính cho mế ột đơn vị tính cho một đơn vịtrang thi t b công ngh hay m t nguyên công s ế ị ệ ộ ẽ tăng lên tương ứng v i quy mô sớ ản

xu t l n ( hàng lo t, hàng kh i) M c dù v i t ng chi ti t c ấ ớ ạ ố ặ ớ ừ ế ụ thể nó ch ỉ tương ứng

v i quy mô hàng lo t v a, hàng lo t nh ớ ạ ừ ạ ỏ hay đơn chiếc S ố lượng gia công đủ nhiều

đố ới v i các nguyên công s cho phép áp dẽ ụng các phương pháp gia công tiên tiến, trang thiế ịt b tiên tiến có năng suất cao

Kinh nghi m cho th y công ngh nhóm ch nên áp d ng m t vài nguyên ệ ấ ệ ỉ ụ ở ộcông chính, đó là nguyên công có khối lượng lao động tính theo th i gian gia công ờnhi u nh t Lý do ch y u là do quá trình ghép nhóm chi ti t gia công s r t phề ấ ủ ế ế ẽ ấ ức

t p n u chi ti t gia công c ạ ế ế ụ thể trong quá trình công ngh ph i ghép nhóm nhi u l n ệ ả ề ầ

Quá trình công ngh t h p d a trên vi c k t hệ ổ ợ ự ệ ế ợp các phương pháp thống

nh t hóa, tiêu chu n hóa k t c u cấ ẩ ế ấ ủa đối tượng s n xu t; k t h p công ngh ả ấ ế ợ ệ điển hình và công ngh nhóm nh m khai thác, t n dệ ằ ậ ụng các ưu điểm, h n ch c a t ng ạ ế ủ ừbước phương pháp riêng biệt

quan tr c h t c n ph i th c hi n có th áp d ng vào công ngh

nh các thông s n c ng gia công trong lo

chi tiết đó

- Loạ ậ ệi v t li u ph bi n ổ ế

- S ố lượng chi tiết phổ ế bi n

- S ố lượng b m t gia công khác nhau ph bi n ề ặ ổ ế

- Các yêu c u k ầ ỹ thuật ph bi n v mổ ế ề ặt cơ bản ( độ chính xác, độ nhám, độ

cứng, kích thước tổng th ph bi n) ể ổ ế

ng trong lo i ph bi n theo thông s n ph

biến để xác định ki u chi tiể ết phổ ến đượ bi c gia công theo QTCN tổ ợ h p

29

Ở phương pháp công nghệ ổ ợp khi xác định đối tượ ả ất

ph i k t h p luả ế ợ ận điểm công ngh ệ điển hình và công ngh nhóm mà xuệ ất phát điểm

lại là loại và ki u chi ti ể ết

c coi là m c phân c p l n nh t c a chi ti t gia công Lo i là các chi

tiết gi ng nhau v hình dáng hình hố ề ọc và đặc điểm công ngh ệ đặc trưng nhất, ch ủ

y u v m t chế ề ặ ức năng làm việc và điều ki n k ệ ỹ thuật

u là m c phân c p trong m t lo i chi ti t d

t o kh ạ ả năng thống nh t các nguyên công v trang bấ ề ị ụ, d ng c , ch công ngh ụ ế độ ệKiểu là t p h p các chi tiậ ợ ết cùng m t lo i chi ti t gia công có m t trình tộ ạ ế ộ ự và nội dung công ngh chung, ph n l n các nguyên công ng vệ ầ ớ ứ ới các chi ti t trong cùng m t kiế ộ ểu

là giống nhau Như vậy, trong cùng một ki u bao g m các chi ti t có hình dể ồ ế ạng giống nhau v ề cơ bản, cùng điều kiện k thuỹ ật và độ chính xác Chúng có th gia công ểchung với cùng trang b công nghị ệ

Cho đến nay đã có nhiề ệ thố ạ ết gia công đã đượ

d ng và s dự ử ụng, tùy theo đặc điểm s n xu t c a tả ấ ủ ừng lĩnh vực ch tế ạo máy, trên cơ

s ở các đặc trưng về ế ấ k t c u và công ngh c a chi ti t gia công ệ ủ ế

H ệ thống phân lo i c a vi n nghiên c u máy công c ạ ủ ệ ứ ụ Tiệp Khắc cũ đã đươc khối SEV ch p nh n D ng hình h c và ấ ậ ạ ọ đặc trưng cơ bản để phân lo i h ạ ệ thống này các chi tiết cơ khí được phân thành nhi u lo i, c và nhóm ề ạ ỡ

Loại 1: Lo i chi ti t tr c đ c ạ ế ụ ặ

i 3: Chi ti ng tr không thông trên ng tr

i 8: Chi ti t ph n l n không gia

30

Sơ đồ phân lo i chi tiạ ết gia công theo đặc điểm k t cế ấu và đặc điểm công ngh ệ như hình 1.3

Hình 1.3: Sơ đồ phân lo i chi ti t gia côngạ ế

M i lo i trên chia thành 10 c ỗ ạ ỡ theo kích thước hay trọng lượng M i loỗ ại được chia thành 10 nhóm k t c u gi ng nhau H thế ấ ố ệ ống này cũng đề ậ c p y u t v t ế ố ậliệu ch t o chi ti t và phân thành 10 nhóm: ế ạ ế

0: Thép thường 3: Thép h p kim c ng 6: Gang xám ợ ứ

1: Thép loại tốt 4:Thép quý khác 7: Gang d o 8: Á kim ẻ

2: Thép h p kim kợ ết cấu 5: Kim lo i màu 9: Phi kim lo i ạ ạ

phân lo i chi ti t gia công, ta ti n hành thi t k n hình (

điển hình hóa quá trình công ngh ), t c là ta xây d ng m t quá trình công ngh ệ ứ ự ộ ệchung cho các chi tiết gia công thu c cùng m t nhóm ộ ộ

D ng chi ti t ạ ế ( hình kh i t ng th ) ố ổ ể

Loạ i chi ti t ( Chức năng làm việc) ế

Kiể u chi ti t ( Hình d ế ạng cơ bả n, yêu c u k ầ ỹ

Hình 1.4: Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở công nghệ

nhóm, công nghệ điển hình và công nghệ tổ hợp

1- Phân lo i và ghép nhóm chi ạ

ti t gia côngế

2- Xác định đối tượng đạ i di ện cho nhóm chi ti t gia công ế

3- Xác định phương pháp gia công cho các b m t c ề ặ ủa đối tượng đạ i di n ệ

4- Xác định th t gia công các ứ ự

b m t cề ặ ủa đối tượng đại diện theo tiêu chu n công ngh và ẩ ệphôi

5- Thiết kế nguyên công ( Ch n máy công c , phân chia ọ ụbước gia công, xác định d ng c ụ ụ

cắt, xác định ch cế độ ắt,…)

6- T o l p tài li u thi t k ạ ậ ệ ế ế ( B n v công ngh , phi u công ả ẽ ệ ế nghệ, chương trình gia

32

Đặc điểm phương thức thi t k QTCN gia công c t g t này là: ế ế ắ ọ

- Ảnh hưởng vi c phân nhóm chi tiệ ết gia công đến k t qu ế ả thiế ết k QTCN gia công c t g t là r t l n N u m t chi tiắ ọ ấ ớ ế ộ ết nào đó mà xếp nhóm sai s d n t i QTCN ẽ ẫ ớgia công cắt gọt sẽ sai lệch rất n ềhi u

- Đối tượng đại diện trong nhóm chi tiết gia công càng được xây dựng hoàn chỉnh thì kết quả thiết kế QTCN gia công cắt g t càng có chọ ất lượng cao hơn, song để xác định đối tượng đại diện thế nào là hoàn chỉnh là rất khó khăn

- Cũng như phương pháp thiế ết k QTCN gia công c t gắ ọt thông thường thì ởphương pháp này quá trình lựa chọn phương án công nghệ là chưa có cơ sở khoa

h c v i các ch ọ ớ ỉ tiêu đánh giá được định lượng hóa do vậy chưa xử lý vấn đề ối ưu tQTCN gia công cắt gọt

này được nhi u tác gi ề ả trong các đề tài nghiên c u khoa h c công b ứ ọ ố đã giải quy t ếđược các vấn đềsau:

Xây dựng được h d u k t c u công ngh vệ ữ liệ ế ấ – ệ ới đặc điểm n i b t là khái ổ ậ

niệm phầ ửn t hình d ng vạ ới các phương pháp gia công các phần t hình dử ạng đó

theo trình tự công ngh ệ điển hình ng vứ ới dạng chi tiết cơ bản

n thi t k nguyên công có nhi m v nh tính toán ch

độ ắt, tính toán các đị c nh m c thứ ời gian, các định m c kinh t ,.v.v cho t ng nguyên ứ ế ừcông Hiện nay các tác gi cũng chưa công b k t quảả ố ế nghiên c u ứ ở giai đoạn này

33

Như vậ ệc ứ ụng máy tính cho phương pháp thiế ế

này có các đặc đi m sau: ể

- Phương thức này có th ể thực hi n thi t k ệ ế ế được QTCN gia công c t gắ ọt theo nguyên tắc công ngh ệ điển hình

- Có thể tiế ới tạ ậ n t o l p tài li u thiệ ết kế công ngh ệ

- Nâng cao độ chính xác trong tính toán và thiết kế

- Chưa đề ậ ớ c p t i quá trình thiết kế ự l a chọn phương án công nghệ

- Chưa xử lý vấn đề ối ưu quá trình công nghệ t

1.5.6 Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt dưới dạng hỗ trợ, tư vấn

và khả năng ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN cắt gọt trên cơ sở hệ chuyên gia hỗ trợ

t k QTCN gia công c t g t là quá trình phân tích l a ch

v y mà có th nói thi t k QTCN gia công c t g t có hình th c suy lu n, suy diậ ể ế ế ắ ọ ứ ậ ễn

và do đó ta có thể ứ ng d ng máy tính thi t k QTCN gia công c t gụ ế ế ắ ọt dướ ại d ng h ệchuyên gia hỗ ợ tr

H chuyên gia thi t k QTCN gia công c t g t là ph n m m tin h c thông ệ ế ế ắ ọ ầ ề ọminh cho phép s d ng các tri th c chuyên gia v ử ụ ứ ề lĩnh vực thi t k gia công c t gế ế ắ ọt

và các th t c suy di n th c hi n thi t k ủ ụ ễ ự ệ ế ế và tư vấn các vấn đề ề ả ế v c i ti n QTCN gia công cắt gọt

Hình th c làm vi c ph n m m tin h c h chuyên gia là hình th c l p trình ứ ệ ầ ề ọ ệ ứ ậphi th t c ( suy di n), máy th c hi n m t công viủ ụ ễ ự ệ ộ ệc nào đó là phải làm gì Như hình 1.5

34

Các chiến lược

Các kinh nghi m ệ

Các định lu ật

Hình 1.5: Hình thức làm việc phần mềm hệ chuyên gia

C u trúc các thành ph n c a h chuyên gia t ng thi t k QTCN gia công c t gấ ầ ủ ệ ự độ ế ế ắ ọt như hình 1.6

Hình 1.6: Cấu trúc của hệ chuyên gia tự động thiết kế QTCN cắt gọt

Động cơ suy diễn

- Suy di n ễ

H thu nh ệ ập

tri th c ứ

H ệ giải thích

Giao diện người

máy

Chuyên gia cơ

khí

Người s d ử ụng

35

tri th cTrong đó cơ sở ứ là sự ệ ki n gia công và vật gia công

cho bi t các th t c suy lu n t u kiĐộng cơ suy di nễ ế ủ ụ ậ ừ các điề ện đã cho, suy

luận ra QTCN gia công cắt g t.ọ

Vấn đề ế ứ h t s c quan tr ng là xây d ng t p các s ọ ự ậ ự kiện gia công, lu t gia ậcông và các th t c suy di n gia công c t g t T p lu n này h t s c ph c t p vủ ụ ễ ắ ọ ậ ậ ế ứ ứ ạ ới

khối lượng kh ng l các s ện gia công, cũng như luật gia công và do đó xây ổ ồ ự ki

d ng các suy diự ễn gia công cũng hết sức khó khăn, phức tạp

1.5.7 Phương pháp thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt và khả năng ứng

dụng máy tính để thiết kế QTCN gia công cắt gọt

u mà m i d dàng th ng nh t v i nhau là mu n nâng cao hi u qu

kinh t - k ế ỹ thuậ ủt c a quá trình s n xuả ất cơ khí là phả ối ưu hóa QTCN gia công cơ i tkhí Hẹp hơn đố ới gia công cơ khí thì phải tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt.i v

- Trong cơ chế kinh t ế thị trường, vấn đề ẫ m u chốt để ả s n ph m có th tiêu ẩ ểthụ được xét đến cùng chính là giá thành ch t o ph i r nhế ạ ả ẻ ất trên cơ sở chất lượng

s n phả ẩm đạt tiêu chí đề ra Mà giá thành ch t o s n ph m ch có th là nh ế ạ ả ẩ ỉ ể ỏ nhất khi mà nó chế ạ t o b ng QTCN gia công c t g t tằ ắ ọ ối ưu

Để thiế ế ối ưu QTCN gia công cắ ọt điều đầ ải xác định như

thế nào là m t QTCN gia công cộ ắt g t tọ ối ưu

M t QTCN gia công cộ ắt gọt tối ưu thì phả ải đ m bảo:

- Phương pháp gia công được sử ụ d ng phải tối ưu

36

- Các bước gia công và th t gia công phứ ự ải tối ưu

- Máy công cụ được thực hiện ph i tả ối ưu

- D ng c cụ ụ ắt đư c thực hiệợ n ph i tả ối ưu

- Chế độ ắt phải tối ưu c

- Trang bị công ngh ệ được sử ụ d ng phải tối ưu

- Kết hợp QTCN gia công các s n ph m trong xí nghi p phả ẩ ệ ải tối ưu

- v.v

Theo [1] – chương VII – ối ưu hóa quá trình cắ ọt – đã viế t t g t m t quy trình ộcông ngh gia công c t g t tệ ắ ọ ối ưu là một quy trình theo “một trình t và ch gia ự ế độcông tối ưu” đồng thời cũng khẳng định “…một trong nh ng vữ ấn đề ẫ m u ch t cố ần

giải quyết để nâng cao hi u qu kinh t - k thuệ ả ế ỹ ật của quá trình ch tế ạo cơ khí là phải xác định ch ế độ ắ ối ưu,…nhằm đả c t t m b o th i gian gia công mà chi phí nh ả ờ ỏ

*) Tối ưu hóa trước quá trình c t g t ( còn tắ ọ ối ưu hóa tĩnh) ứ ối

ưu hóa thiế ết k QTCN gia công c t gắ ọt trước khi quá trình c t g t di n ra thông qua ắ ọ ễ

vi c xây d ng m i quan h toán h c giệ ự ố ệ ọ ữa ụm c tiêu ( ch tiêu tỉ ối ưu) với m t h ộ ệ

thống gi i h n v các m t k ớ ạ ề ặ ỹ thuật, điều kiện môi trường s n xu t và chả ấ ất lượng công tác tổ chức sản xu t cấ ủa nhà máy c ể ụ th

Tối ưu hóa trước quá trình cắt gọ ựt d a trên mô hình tĩnh quá trình c t.ắ

Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là không chú ý tới động l c h c c a ự ọ ủquá trình, nghĩa là không chú ý tới các đặc điểm mang tính ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian

37

*) Tối ưu hóa trong quá trình cắ ọt g t ( còn g i là tọ ối ưu hóa động) là hình th c tứ ối

ưu hóa dựa trên mô hình ho t đ ng c a quá trình c t ạ ộ ủ ắ

m mang tính ng u nhiên và thay

Do nó có ưu điểm là đã xét tới các đặc điể ẫ

đổi theo th i gian Bên cờ ạnh đó, các thông số ối ưu còn đượ ự động điề t c t u ch nh ỉngay c khi trong quá trình cả ắt, như vậy nó gi i quy t các vả ế ấn đề triệt để hơn tối ưu hóa tĩnh

Nhược điểm r t l n c a hình th c này là vi c tấ ớ ủ ứ ệ ối ưu hóa phứ ạc t p lên r t ấnhiều, nó thường ph i g n v i viả ắ ớ ệc đo lường tích cực, điều khi n thích nghi và k ể ỹthu t tậ ự độ ng hóa

K t qu c a công vi c tế ả ủ ệ ối ưu hóa phụ thuộc vào m c chính xác c a mô ứ độ ủhình toán học được xây dựng để khảo sát đối tượng trong quá trình nghiên c u ứMuố ối ưu hóa quá trình cắ ọn t t g t, ph i xây d ng mô hình nghiên c u d a trên các ả ự ứ ựđiều ki n gia công c th ệ ụ ể

V m t th c ti n nề ặ ự ễ ếu phân tích được các nhi u y u t ề ế ố ảnh hưởng t i quá ớtrình gia công thì vấn đề ối ưu càng đượ t c gi i quy t càng toàn di n và triả ế ệ ệt để Nhưng về ặ m t toán h c và quá trình thi t k ọ ế ế cũng như quá trình nghiên cứu thì càng

ph c tứ ạp Ngượ ạ ếc l i n u b qua nhi u y u t ỏ ề ế ố ảnh hưởng thì k t qu ế ả thu được kém chính xác

Vấn đề thiế ế ối ưu QTCN gia công cắ ọt đã từ lâu cũng đượt k t t g c các nhà khoa

h c, các nhà công ngh t ra và có nhi u công trình khoa h c, nhi u lý thuy t thiọ ệ đặ ề ọ ề ế ết

k tế ối ưu được các tác gi ả công bố

38

Hình 1.7: Sơ đồ phương pháp thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt

Trên những cơ sở lý thuyết đó, cho phép ta hệ thống và phát tri n lý thuyể ết thiết k tế ối ưu QTCN gia công cắt g t hoàn ch nh T ọ ỉ ừ đó xây dựng phương pháp thi t kế ế ối ưu QTCN gia công cắ t t g t khọ ả thi th c hiện được trên máy tính ự

c hi c vi c thi t k t t g t và ti n t i t Thự ện đượ ệ ế ế ối ưu QTCN gia công cắ ọ ế ớ ự

động hóa quá trình thi t k tế ế ối ưu QTCN gia công cắ ọ ẽ đem lại ý nghĩa và hiệt g t s u

qu kinh t r t lả ế ấ ớn đang là một yêu c u h t s c c p thiầ ế ứ ấ ết đố ới v i công tác thi t k ế ếQTCN gia công cắt t.gọ

1 Xác đị nh t ập các phương án gia công c t g t kh ắ ọ ả dĩ

2 Mô hình hóa toán h c quá ọ trình thi t k t ế ế ối ưu QTCN gia công c t g t ắ ọ

3 Gi i bài toán t ả ối ưu thiế t k ế QTCN gia công c t g ắ ọt để xác định phương án gia công cắt

g t t ọ ối ưu

4 Điề u ch ỉnh phương án gia công t ối ưu phù hợ p quá trình gia công c t g t th c t ắ ọ ự ế

5 T o l p tài li u thi t k ạ ậ ệ ế ế

( B n v công ngh , phi u công ả ẽ ệ ếngh ,v.v ) ệ