Chương 4 ĐIỂN HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG NHÓM

Chương 4 ĐIỂN HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG NHÓM Quá trình chuẩn bị sản xuất (QTCBSX) bao gồm nhiều giai đoạn rất phức tạp, tốn nhiều thời gian và chi phí thiết kế
Tiêu chuẩn hóa (TCH) sản phẩm, TCH quá trình công nghệ và gia công nhóm nhằm giảm thời gian thiết kế và chi phí chuẩn bị sản xuất khi chuyển sang sản xuất sản phẩm mới.
TCH kết cấu của chi tiết gia công tạo điều kiện choviệc TCH quá trình công nghệ
Tùy thuộc mức độ giống nhau của đối tượng sản xuất
các phương pháp tổ chức sản xuất theo hướng:
Công nghệ gia công điển hình,
Công nghệ gia công nhóm,
Công nghệ gia công tổ hợp

- Quá trình chuẩn bị sản xuất (QTCBSX) bao gồm nhiều giai

đoạn rất phức tạp, tốn nhiều thời gian và chi phí thiết kế

Tiêu chuẩn hóa (TCH) sản phẩm, TCH quá trình công

nghệ và gia công nhóm nhằm giảm thời gian thiết kế và

chi phí chuẩn bị sản xuất khi chuyển sang sản xuất sản

phẩm mới

TCH kết cấu của chi tiết gia công tạo điều kiện cho việc

TCH quá trình công nghệ

Tùy thuộc mức độ giống nhau của đối tượng sản xuất

các phương pháp tổ chức sản xuất theo hướng:

Công nghệ gia công điển hình,

Công nghệ gia công nhóm,

Công nghệ gia công tổ hợp

 Dạng sản xuất loạt vừa và nhỏ chiếm 75% sản phẩm

cơ khí được chế tạo

- còn lại 20%: thiết kế mới

 Cần thiết thống nhất hóa và tiêu chuẩn hóa kết

cấu các chi tiết cơ khí  thống nhất hóa và tiêu

chuẩn hóa QTCN nhằm giảm thời gian chuẩn bị

công nghệ

 Cần thiết phải có các giải pháp sản xuất linh hoạt

nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất ở các dạng SX

nhỏ

4.2 Các phương pháp phân loại chi tiết

 Quan sát, nhận dạng: phân loại chi tiết nhờ quan

sát chi tiết thực hoặc photo chi tiết

 Dùng hệ thống phân loại và mã hóa: phân loại

chi tiết nhờ các hệ thống mã hóa

 Phân tích dòng sản xuất (PFA: PRODUCTION

FLOW ANALYSIS): sử dụng các thông tin trong

bảng qt công nghệ để phân nhóm chi tiết theo

máy gia công  thường dùng trong công nghệ

gia công nhóm
là cơ sở để xây dựng các cụm

sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing cells)

 PP Socolovski

 PP Mitrofanov

4.2.1 Phân loại bằng pp quan sát nhận dạng

4.2.2 Hệ thống phân loại và mã hóa

đối tượng sản xuất

Mục đích phân loại và mã hóa chi tiết gia công:

 Phân loại và mã hóa chi tiết gia công là cơ sở cho việc

thiết kế tự động quá trình sản xuất (CAPP – Computer

Aided Process Planning)

 Là cơ sở để tiến hành tiêu chuẩn hóa và thống nhất hóa

QTCN
tạo cơ sở dữ liệu dùng cho hệ thống CAPP

 Giảm số lượng các chi tiết giống nhau

 Dễ dàng thừa kế các chi tiết có kết cấu tương tự

 Giảm thời gian thiết kế và chuẩn bị sản xuất

 Cơ sở phân loại: dựa trên

- đặc điểm về kết cấu

- đặc điểm công nghệ

- đặc điểm kết cấu và đăc điểm công nghệ

Phân loại chi tiết và mã hóa

 Đăc trưng về kết cấu:

- vật liệu chi tiết

- chức năng của chi tiết

- thời gian gia công

- sản lượng hàng năm

- kích thước loạt gia công

- đồ gá sử dụng

Ví dụ phân loại chi tiết theo hình dạng hình học

Dạng tròn xoay Không tròn xoay

Phương pháp mã hóa:

 Mục đích của việc mã hóa đối tượng sản xuất:

 Kế thừa thiết kế khi sản xuất một sản phẩm mới

 Thiết kế tự động QT gia công các chi tiết có mã tương

tự

 Là cơ sở cho việc thiết kế các cụm sản xuất tự động

Có 3 dạng mã hóa:

 Monocode (mã nhánh cây) : có thể lưu trữ nhiều thông tin

với chiều dài mã ngắn (do có cấu trúc nhánh cây), ý nghĩa

của các số sau phụ thuộc vào số đứng trước nó

 Polycode (mã dạng chuỗi): lưu trữ lượng thông tin giới

hạn vì mỗi số xác định một đặc tính của sản phẩm Các

mã số hoàn toàn độc lập

 Hybrid code : kết hợp ưu điểm của 2 loại trên Phần lớn

các hệ thống mã hóa có cấu trúc dạng này (Ví dụ:

OPITZ)

Các dạng mã hóa

Ví dụ: hệ thống mã hóa dạng kết hợp (Hybride code)

mã chi tiết bao gồm 2 phần : phần chính gồm 12 chữ

 5thand 6thdigits: các kích thước chính (kích

thước max nhỏ hơn X)

Hệ thống phân loại và mã hóa OPITZ

 Ra đời năm 1972 - tác giả H.OPITZ, trường Đại học

Tech Univ of Aachen in Germany

 Mã hóa dùng 1 chuỗi 5 số, 1 chuỗi 4 số và 1 chuỗi 4

chữ cái

Ví dụ: 11223 4455 ADEA

 5 số đầu: mã hình dạng chi tiết (Form code)

 4 số tiếp theo: mã bổ sung chỉ dung sai, vật liệu,

kích cỡ, độ bóng, etc

 4 chữ cái cuối cùng: chỉ các nguyên công gia công,

trình tự hoặc các chức năng khác

Mã bề mặt

gia công Mã bổ sung

Ví du: mã hóa chi tiết sau đây theo hê thống

AXX: chi tiết tròn xoay không có lỗ

BXX: có lỗ (BX1: lỗ trơn, BX2: lỗ bậc, BX3: lỗ côn, bậc, BX4: lỗ côn)

Hệ thống mã hóa Dclass

Hình dạng

cơ bản Đặc điểm hình dạng Kích cỡ

Độ chính xác

Vật liệu

-Chiều dài mã: 8 số

- Mã số đầu 3 chữ số (hình

dạng cơ bản) cung cấp cho

240 loại chi tiết tiêu chuẩn,

Hệ thống mã hóa chi tiết gia công ASUPLAN

Hình dạng cơ bản Dạng bề mặt Đặc điểm bánh răng

Độ chính xác

Vật liệu Kích cỡ

Phân loại trong điển hình hóa QTCN

(Xokolovski A.P.)

+ Loại: chi tiết có cùng vật liệu, hình dáng hình học

tương tự nhau, giống nhau về chức năng làm việc và

yêu cầu kỹ thuật

Ví dụ: dạng thân, dạng tròn xoay, không tròn xoay,

+ Kiểu: là mức độ phân loại nhỏ nhất, bao gồm các chi

tiết có đặc điểm công nghệ giống nhau → có chung

các nguyên công, máy và dụng cụ cắt → cơ sở để

Kiểu

(dùng trong điển hình hóa quá trình công nghệ)

Hệ thống phân loại của Mitrofanov

 Cơ sở phân loại chi tiết gia công:

- dựa vào đặc điểm kết cấu: dạng chi tiết, dạng bề

mặt

- dựa vào đặc điểm công nghệ:vật liệu, độ chính xác,

phương pháp gia công

- dựa vào trang thiết bị (máy) gia công

 Dùng trong công nghệ gia công nhóm

Ví dụ: 2 chi tiết có hình dạng kết cấu và kích thước

giống nhau nhưng có quá trình công nghệ khác nhau:

a Sản lượng: 100000/năm, dung sai ±0.01inch, thép

1015 CR (thép cán nguội - cold rolled steel)

b Sản lượng: 100/năm, dung sai: ±0.001 inch, thép

inox 18-8

VD: nhóm các chi tiết có kết cấu, kích thước khác nhau,

vật liệu khác nhau nhưng có quá trình gia công gần

giống nhau (tiện, khoan, phay)

Sơ đồ phân loại theo Mitrofanov

Các chủng lọai chi tiết gia công

Máy tiện

Khối 1

Các nhóm được gia

công chung trong 1-2

nguyên công là xong

Khối 3 Các nhóm được gia công chung trong cả qui trình công nghệ

Khối 2 Các nhóm được gia công chung trong một vài nguyên công

Phân loại chi tiết thành các nhóm

Máy mài Máy khoan

Máy tiện

Revolve Máy phay

(Gia công điển hình)

công gia công chung trong

một hoặc 1 vài nguyên công

- Khối 3: nhóm có các nguyên

công chung trong tất cả các

nguyên công của qtcn (gia

công điển hình)

Ví dụ: phân nhóm theo nhóm máy (phương

pháp gia công)

Nhóm gia công trên máy tiện

Nhóm gia công trên máy phay

Phân tích dòng sản xuất - PFA (Production Flow Analysis)

 Là phương pháp phân nhóm các sản phẩm gia công

xây dựng biểu đồ ma trận: máy x chi tiết (MxN),

trong đó M= số của máy, N=số của chi tiết

x=1 nếu chi tiết có qua gia công trên máy, ngược lại

x=0

 Phân nhóm :

Biểu đồ ma trận Máy x Chi tiết

No chi tiết

No máy

Kỹ thuật phân nhóm máy theo thứ tự xếp hạng

Tính trọng số nhị phân và thập phân tương ứng cho mỗi hàng và mỗi cột

Tính trọng số nhị phân và thập phân tương ứng cho mỗi cột

Kết quả chia thành 3 nhóm máy như sau:

Trường hợp yêu cầu thêm máy

Tính trọng số nhị phân và thập phân tương ứng cho

mỗi hàng

Tính trọng số nhị phân và thập phân tương ứng cho

mỗi cột

Kết quả phân nhóm máy

4.3 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐIỂN HÌNH

 Mục đích của điển hình hóa (ĐHH) quá trình công

nghệ:

 xây dựng QTCN chung cho những đối tượng sản

xuất có kết cấu giống nhau

 Cơ sở của công nghệ gia công điển hình:

 dựa vào việc phân loại đối tượng sản xuất theo

đặc điểm kết cấu và công nghệ

 Ưu điểm của ĐHH quá trình công nghệ:

 tạo điều kiện cho việc tiêu chuẩn hóa các nguyên

công, giảm thời gian chuẩn bị sản xuất, giảm bớt

tài liệu công nghệ trùng lặp nhau, tạo điều kiện

chuyên môn hóa sản xuất
tăng năng suất

Nội dung cần thực hiện trong ĐHH

quá trình công nghệ

 Phân loại chi tiết hoặc bộ phận của sản phẩm: loại → nhóm →

kiểu cỡ (theo phương pháp phân loại của Xocolovski)

 Chọn chi tiết điển hình cho từng kiểu, cỡ

 Lập QTCN cho từng kiểu, cỡ đối tượng theo chi tiết điển hình

đã xác định

 Xác định chế độ cắt gọt, trang thiết bị công nghệ cho từng kiểu

 ĐHH quá trình công nghệ có thể được áp dụng theo 2 mức độ

khác nhau: cho một kiểu (cỡ) hoặc cho từng nguyên công riêng

biệt

Ví dụ: QTCN điển hình gia công bánh răng, gia công các chi tiết

động cơ, gia công trục chính máy công cụ, gia công trục vit –

bánh vit v…v

4.4 Công nghệ gia công nhóm

 Công nghệ nhóm (Group Technology-GT):

là cách thức sản xuất nhằm nâng cao năng suất, bằng

cách nhóm các chi tiết và sản phẩm có những đặc tính

tương tự vào cùng một loại, thiết lập các tế bào sản

xuất (production cell) với các thiết bị và quá trình khác

nhau

 Lịch sử phát triển:

- GT được tác giả Mitrofanov (người Nga) đưa ra vào

những năm 1930s nhằm mục đích cải thiện năng suất

- được chấp nhận và phát triển tại Anh vào những năm

1950s – 60s

 Là cơ sở cho việc thiết kế các cụm sản xuất linh hoạt tự

động cao

Ưu nhược điểm của công nghệ

gia công nhóm

 Giảm số lượng chủng loại chi tiết, tăng số lượng mỗi loại

 Tạo điều kiện tiêu chuẩn hóa thiết kế và chế tạo, tiêu

chuẩn hóa dụng cụ và trang bị công nghệ

 Giảm chi phí và thời gian thiết kế sản phẩm (chi tiết) mới

 Tạo điều kiện áp dụng tự động hóa qtsx cho qui mô SX

1 Phân loại, mã hóa chi tiết gia công:

dựa vào đặc điểm về kết cấu và công nghệ (quá trình gia

công) → phân loại chi tiết theo nhóm máy (theo Mitrofanov)

Xây dựng chi tiết điển hình cho nhóm

Qui đổi số lượng chi tiết gia công trong nhóm theo chi tiết

điển hình (hệ số qui đổi K = 0 → 1: tính đến sự khác nhau về

sản lượng, khối lượng chi tiết và kết cấu)

2 Lập qui trình công nghệ cho từng nhóm chi tiết

3 Thiết kế các trang bị công nghệ (đồ gá gia công nhóm)

4 Thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt, tổ chức quá trình sản

xuất

Ví dụ: phân loại trong công nghệ gia công nhóm:

a) phân loại theo sự giống nhau về hình dạng hình học

b) phân loại theo sự giống nhau về quá trình sản xuất

10 chi tiết

Vật liệu: thép,

Rz<0.01 mm

1000 chi tiết Vật liệu: Polyester Rz<0.1 mm

Xây dựng chi tiết điển hình của nhóm

 Xác định chi tiết cơ sở
chi tiết thực trong nhóm

có số lượng các bề mặt gia công chung là nhiều

nhất

 Bổ sung thêm những bề mặt khác của các chi tiết

trong nhóm mà chi tiết cơ sở chưa có

 Ngày nay nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm CAD

việc xây dựng chi tiết điển hình được thực hiện

nhanh chóng và đạt hiệu quả cao

Ví dụ xây dựng chi tiết điển hình của nhóm

1 Trụ ngoài (tiện); 2 mặt đầu (tiện); 3 Mặt trụ bậc (tiện); 4

Trụ ngoài có độ bóng cao (mài); 5 lỗ (khoan); 6 Lỗ bậc

(khoét); 7 Ren trong (taro)

Lập qui trình công nghệ gia công nhóm

 QTCN gia công nhóm được lập cho chi tiết điển hình của

nhóm
phải thích hợp với bất kỳ chi tiết nào trong nhóm

 Thứ tự các bước hay nguyên công phải bảo đảm gia công

được bất kỳ chi tiết nào trong nhóm

 Đồ gá, dụng cụ gia công…được sử dụng ở các nguyên

công gia công nhóm phải đảm bảo gia công được bất kỳ

chi tiết nào trong nhóm

Đồ gá gia công nhóm

 Các chi tiết được gia công trong cùng một nhóm

thường có những đặc điểm công nghệ giống nhau →

có sơ đồ gá đặt gần giống nhau

dùng đồ gá vạn năng điều chỉnh: gồm 2 bộ phận

 Bộ phận vạn năng: chiếm 80-90% gồm thân, đế, cơ cấu

phân độ, cơ cấu tạo lực kep…Khi chuyển sang gia công chi

tiết khác trong nhóm thì bộ phận vạn năng không thay đổi

 Bộ phận điều chỉnh: có thể điều chỉnh hoặc thay thế tháo

lắp nhanh cho phù hợp với kết cấu các chi tiết trong nhóm

Ví dụ: Đồ gá gia công

nhóm trên máy khoan

Kết luận

 Công nghệ điển hình dựa trên cơ sở phân loại các nhóm đối

tượng SX có kết cấu giống nhau ở mức độ cao, hiệu suất sử

dụng trang thiết bị thấp → yêu cầu số lượng gia công phải

nhiều
chỉ áp dụng đạt hiệu quả cao ở dạng sản xuất loạt

lớn, hàng khối.

 QTCN và dây chuyền sản xuất kém linh hoạt, khó thích

nghi hay thay đổi một cách nhanh chóng khi thay đổi đối

tượng sản xuất)

 Công nghệ gia công nhóm dựa trên cơ sở sự giống nhau

từng phần về mặt kết cấu → giống nhau về thiết bị sản xuất

và chế độ công nghệ, tập hợp số lượng chi tiết trong một

nhóm nhiều
hiệu suất sử dụng trang thiết bị cao hơn,

QTCN có tính linh hoạt cao

 Phân nhóm và tổ chức sản xuất trong gia công nhóm

phức tạp

4.5 Hệ thống sản xuất linh hoạt

(Flexible manufacturing systems, FMS)

 Giải pháp công nghệ đang được nghiên cứu và

ứng dụng trong SX loạt vừa và nhỏ: kết hợp

ĐHH và Gia công nhóm  công nghệ tổ hợp

(công nghệ SX linh hoạt) và điều khiển tối ưu với

CNC

 FMS được thiết kế vào đầu 1960s bởi

Williamson và được Sunstrand Corp phát triển

vào năm 1965

 FMS là một hệ thống tích hợp của máy cắt và

các vị trí làm việc điều khiển bằng máy tính, cùng

với dòng chuyển động tự động của thông tin, chi

tiết gia công, dụng cụ cắt, etc

 Dựa trên cơ sở kết hợp giữa công nghệ điển hình và

công nghệ nhóm → tạo nên quá trình công nghệ tối

ưu, có tính linh hoạt cao và khả năng tự động hóa

trong dạng sản xuất loạt vừa, nhỏ:

 Chủng loại chi tiết đa dạng

 Số lượng mỗi loại không nhiều

 Sản xuất theo chu kỳ

Hệ thống SX linh hoạt phải đảm bảo tính linh hoạt

trong cả quá trình công nghệ cũng như trong từng

nguyên công

Các thành phần cơ bản của hệ thống sản

xuất linh hoạt

 Máy CNC: máy cắt điều khiển theo chương trình số

 Trung tâm gia công (MC): 1 hay nhiều máy CNC có khả năng

thực hiện các nguyên công khác nhau trên các bề mặt khác

nhau của chi tiết

 Robots: cấp và dỡ phôi

 Xe vận chuyển dẫn hướng tự động (Automated Guided

Vehicules – AGVs): di chuyển giữa các vị trí làm việc trong nhà

máy, tự động lựa chọn và thay đổi đường đi phù hợp với môi

trường sản xuất linh hoạt AGV được dẫn hướng bằng dây hoặc

tín hiệu radio hoặc bằng cảm biến quang phổ, được trang bị

robots.

 Hệ thống kho tự động (AS/RS : Automated stock/ retrieval

system) Xe vận chuyển tự động di chuyển trong kho để lấy và

dỡ hàng tự động

 Hệ thống kiểm tra

 Hệ thống điều khiển bằng computers

Có 4 loại hệ thống sản xuất linh hoạt:

 Loại I: tổ hợp gia công linh hoạt (FMC: flexible machining

cell), bao gồm 1 máy CNC + hệ thống vận chuyển vật liệu và kho

lưu trữ.

 Loại II: hệ thống gia công linh hoạt, bao gồm 1 nhóm máy CNC

được liên kết với nhau bởi 1 hệ thống vận chuyển nguyên vật

liệu và 1 hệ thống vận chuyển linh hoạt Dòng chuyển động của

bán thành phẩm và nguyên vật liệu được điều khiển theo dây

chuyền (on-line) Hành trình và tốc độ di chuyển được tính

toán và điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện của hệ thống.

 Loai III: dây chuyền chuyển động linh hoạt (quay, thẳng), bao

gồm 1 tập hợp các máy và vị trí làm việc 2 chỗ (mỗi chỗ thực

hiện 1 nguyên công và được điều khiển bằng 1 computer)

 Loại IV: nhiều dây chuyền linh hoạt được liên kết với nhau

Hệ thống gia công linh hoạt (FMS)

CMM: máy đo tọa độ; AVG: băng chuyền tự động dẫn hướng;

MC: trung tâm gia công; AS/RS: chất hàng/dỡ hàng tự động

(kho tự động); VC: camera; PB: nơi để chi tiết (part buffet); R:

Cụm gia công linh hoạt

(Flexible Machining Cell)

Chi tiết gia công Bộ phận thay dao tự động

Trung tâm gia công

Máy tiện CNC

hàng

Giao hàng

Máy khoan

CNC

Trung tâm sản xuất linh hoạt

(FMC)

Cụm sản xuất tự động (automatic manufacturing cell)

Máy CNC

Kiểm tra tự động

Nội dung cần thực hiện khi thiết kế hệ thống sản

xuất linh hoạt

 Phân loại và ghép đối tượng sản xuất (theo quan điểm gia

công nhóm, nghĩa là phân loại theo trang thiết bị SX → áp

dụng phương pháp phân tích dòng sản xuất PFA)

 Xây dựng chi tiết điển hình của nhóm

 Xác định số lượng qui đổi của các chi tiết khác trong nhóm

theo chi tiết điển hình (dựa vào hệ số qui đổi: xét đến sự

khác nhau về kết cấu và công nghệ giữa chi tiết đang xét

và chi tiết điển hình)

 Thiết kế QTCN và cụm dây chuyền SX linh hoạt cho từng

nhóm, thiết kế đồ gá điều chỉnh…