Tối ưu hoá chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện dựa trên STEP NC

Trang iv TÓM TẮT Tối ưu hóa ch độ cắt theo tui bn dao lƠ phưng pháp nghiên cu xác đnh ch độ cắt tối ưu thông qua vic xây dựng mối quan h toán học giữa hàm mc tiêu tui bn dao lớn nhất với các thông số ca ch độ cắt ng với một h thống các giới hn v mặt chất lưng, kỹ thut và t chc ca nhà máy. Đa số những hn ch này liên quan trực tip đn sự phát sinh lực cắt trong suốt quá trình gia công, vì vy tính toán chính xác ch độ cắt cho phép nâng cao tui bn dao, nâng cao hiu qu gia công. Tính toán ch độ cắt tối ưu theo tui bn dao đưc trình bày trong lun văn dựa trên hình dng mặt cắt ngang ca mỗi đưng dao trong quá trình gia công. Với hình dng đưng chuyển dao có sẵn trong mô hình dữ liu STEP-NC, cho phép xác đnh các thông số cn thit để tính toán tối ưu ch độ cắt để tui bn dao là lớn nhất. Lun văn này trình bày các bước tính toán ch độ cắt tối ưu trong tin mặt đu, tin trn tr ngoài, tin côn. Trang v 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 vi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyt đnh giao đ tài Lý lch khoa học i Li cam đoan ii Li cm n iii Tóm tắt iv Abstract v Mc lc vi Danh sách các chữ vit tắt ix Danh sách các hình x Danh sách các bng xii Chưng 1. TNG QUAN 1 1.1 S lưc v sự phát triển ca ngƠnh c khí ch to máy 1 1.2 Các khái nim c bn 2 1.3 Giới thiu v STEP-NC 4 1.4 Lý do chọn đ tài, mc tiêu vƠ đối tưng nghiên cu 6 1.4.1 Lý do chọn đ tài 6 1.4.2 Mc tiêu 7 1.4.3 Đối tưng nghiên cu 8 1.5 Nhim v, phm vi nghiên cu vƠ ý nghĩa ca đ tài 9 1.5.1 Nhim v 9 1.5.2 Phm vi nghiên cu ca đ tài 10 1.5.3 ụ nghĩa khoa học vƠ ý nghĩa thực tin ca đ tài 10 1.6 Phưng pháp nghiên cu 10 1.7 Tng quan v các nghiên cu trong vƠ ngoƠi nước 11 1.7.1 NgoƠi nước 11 Trang vii 1.7.2 Trong nước 12 Chưng 2. C S LÝ THUYT 14 2.1 Lực cắt trong quá trình gia công 14 2.2 Mặt cắt ngang đưng chuyển dao 14 2.3 Tham số hóa mặt cắt ngang đưng chuyển dao 15 2.4 Điu kin ca h thống máy 16 2.5 Động lực học h thống máy 17 2.6 Các cách tối ưu hóa ch độ cắt 18 2.6.1 Tối ưu hóa lưng chy dao dựa trên lực cắt 18 2.6.2 Tối ưu hóa dựa trên tui bn dao 20 2.6.3 Tối ưu hóa dựa trên khối lưng 21 2.6.4 Tối ưu hóa dựa trên hằng số phoi 23 2.6.5 Tối ưu hóa dựa trên chi phí gia công 25 Chưng 3. CHUN STEP-NC 27 3.1 Cấu trúc chưng trình STEP-NC 27 3.1.1 Phn khai báo (HEADER) 28 3.1.2 Vit phn dữ liu (DATA) 28 3.1.3 Bắt đu k hoch gia công (Project) 28 3.1.4 Trình tự gia công (Workplan) 29 3.1.5 Đnh nghĩa nguyên công (Workingstep) 30 3.1.6 Thông tin v phôi (Workpiece) 30 3.1.7 Mặt phẳng tham chiu v trí dao (Security_plane) 32 3.1.8 Chc năng gia công (Machining_function) 32 3.1.9 Dng c cắt (Machine_tool) 34 3.1.10 Công gh gia công (Technology_description) 36 3.1.11 Chin lưc gia công (Strategy) 36 3.1.12 Thông tin gá kẹp 37 3.2 Chưng trình gia công chi tit 37 Chưng 4. MÔ HỊNH BẨI TOÁN VẨ CÁCH GII 39 Trang viii 4.1 Các yu tố nh hưng đn tui bn dao 39 4.1.1 nh hưng ca tốc độ cắt V đn tui bn dao 39 4.1.2 nh hưng ca lưng chy dao S đn tui bn dao 40 4.1.3 nh hưng ca chiu rộng cắt b đn tui bn dao 41 4.2 Thit lp mô hình bài toán 42 4.2.1 Hàm mc tiêu 42 4.2.2 Phưng trình rang buộc 45 4.3 Cách gii 51 4.3.1 Lấy thông tin t chưng trình STEP-NC 52 4.3.2 ng dng Matlab để gii bài toán 57 4.3.3 Kt qu tính toán tối ưu ch độ cắt 58 4.3.4 Hiu chnh chưng trình STEP-NC 58 4.4 Tính toán thi gian gia công c bn 59 4.4.1 Tính toán với ch độ cắt chưa tối ưu 59 4.4.2 Tính toán với ch độ cắt tối ưu 63 Chưng 5. TH NGHIM 68 5.1 Chọn máy 68 5.2 Chọn dao 69 5.3 Chọn mu 69 5.4 Số ln thí nghim 70 5.5 Cách tin hành thí nghim 70 5.5.1 Thí nghim với ch độ cắt chưa tối ưu 70 5.5.2 Thí nghim với ch độ cắt tối ưu 72 5.6 Đánh giá 74 Chưng 6. KT LUN VẨ Đ NGH 75 TÀI LIU THAM KHO 76 PH LC 1 77 PH LC 2 80 PH LC 3 87 Trang ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CAD: Computer- Aided Design CAM: Computer- Aided Manufacturing AI: Actifial Intelligence PC: Programmable Controller PLC: Programmable Logic Controller CNC: Computerized Numerical Controllers IMS: Intelligent Manufacturing Systems Trang x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Din tích mặt cắt ngang lát cắt trong quá trình gia công tin 14 Hình 2.2: Những thông số mặt cắt ngang trong tin 15 Hình 2.3: Lưng chy dao tối ưu suy ra t lực cắt 18 Hình 2.4: Lưng bù bán kính phoi vát mỏng bằng cách tối ưu hóa hằng số phoi 23 Hình 2.5: Lưng bù dọc trc phoi vát mỏng bi tối ưu hóa hằng số phoi 23 Hình 3.1: Cấu trúc chưng trình STEP-NC 26 Hình 3.2: Chi tit gia công 36 Hình 4.1: Quan h giữa độ mòn dao, tốc độ và thi gian cắt 38 Hình 4.2: Quan h giữa tốc độ cắt V và tui bn dao T 39 Hình 4.3: Quan h giữa tui bn dao vƠ lưng chy dao 40 Hình 4.4: Tui bn dao T ng với [h s ] 41 Hình 5.1: Máy tin CHATLES 68 Hình 5.2: Dao tin 69 Hình 5.3: Hình dng phôi 69 Hình 5.4: Kích thước chi tit gia công 70 Hình 5.5: Tin thô mặt đu với ch độ cắt chưa tối ưu 70 Hình 5.6: Tin tinh mặt đu với ch độ cắt chưa tối ưu 70 Hình 5.7: Tin thô tr ngoài Φ80 với ch độ cắt chưa tối ưu 71 Hình 5.8: Tin tinh tr ngoài Φ80 với ch độ cắt chưa tối ưu 71 Hình 5.9: Tin thô côn với ch độ cắt chưa tối ưu 71 Hình 5.10: Tin tinh côn với ch độ cắt chưa tối ưu 71 Hình 5.11: Tin thô mặt đu với ch độ cắt tối ưu 72 Hình 5.12: Tin tinh mặt đu với ch độ cắt tối ưu 72 Hình 5.13: Tin thô tr ngoƠi Φ80 với ch độ cắt tối ưu 72 Trang xi Hình 5.14: Tin tinh tr ngoƠi Φ80 với ch độ cắt tối ưu 73 Hình 5.15: Tin thô côn với ch độ cắt tối ưu 73 Hình 5.16: Tin tinh côn với ch độ cắt tối ưu 73 Trang xii DANH SÁCH CÁC BNG BNG TRANG Bng 2.1: So sánh các cách tối ưu 25 Bng 4.1: So sánh ch độ cắt tối ưu vƠ chưa tối ưu 67 Trang 1 Chưng 1 TNG QUAN 1.1 S lưc v sự phát triển ca ngƠnh c khí ch to máy Khoa học và công nghệ cơ khí chế to ca thế giới trong thế kỷ XX và XXI đư có những bớc phát triển vợt bậc nh ng dụng các công nghệ hiện đi nh: công nghệ thông tin, vật liệu nano, tự động hoá, Trong kinh tế, ngành công nghiệp cơ khí chế to vẫn đóng vai trò ch đo, góp phần làm thay đổi diện mo thế giới, với trên 20 triệu doanh nghiệp đang hot động trên các châu lục, chiếm tới 28% số lợng việc làm và đóng góp 25% giá trị tổng sn phẩm ca thế giới. Sự đổi mới liên tục ca CAD/CAM đã giúp cho các nhà chế to tiết kiệm về tài chính, thi gian, nguồn lực, vì CAD và CAM đều là những phơng pháp dựa vào máy tính để mã hoá dữ liệu hình học, nên to kh năng cho các quy trình thiết kế và chế to đợc tích hợp cao độ. Hệ CAD tất nhiên không hiểu đợc các khái niệm ca thế giới thực, chẳng hn nh bn chất hay chc năng ca đối tợng đợc thiết kế. Hệ CAD thi hành chc năng ca mình nh kh năng mư hoá các khái niệm hình học. Do vậy, quá trình thiết kế dựa vào CAD liên quan đến việc chuyển ý tng ca ngi thiết kế thành mô hình hình học. Các nhợc điểm khác ca CAD đang đợc khắc phục nh R&D trong lĩnh vực hệ chuyên gia. Lĩnh vực này đợc hình thành từ các nghiên cu về trí tuệ nhân to AI. Một ví dụ về hệ chuyên gia bao hàm việc kết hợp thông tin về bn chất ca vật liệu, trọng lợng, ng lực, độ bền, độ dẻo vào phần mềm CAD. σh tích hợp đợc các dữ liệu đó và những dữ liệu khác vào phần mềm nên hệ CAD có thể biết đợc những gì mà ngi kỹ s biết khi ngi đó to ra một bn vẽ thiết kế. Sau đó, CAD có thể bắt chớc cách nghĩ ca ngi kỹ s và thực hiện công việc thiết kế. Do công nghệ CAD/CAM ngày càng hoàn thiện nên đư to cơ s phát triển các công nghệ gia công. Từ thập kỷ 90 đến nay: việc sử dụng công nghệ CAD/CAM đư cho phép chế to sn phẩm cơ khí nhanh hơn, chế to các loi máy công cụ có tốc độ cao, chính [...]... hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao đư đ ợc nghiên c u nhiều vì tuổi bền dao là nhân tố quan trọng nh h ng đến năng suất và giá thành s n phẩm Tuy nhiên, tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao dựa trên STEυ -NC ch a đ ợc nghiên c u nhiều và Việt σam là một lĩnh vực mới Do vậy đề tài "Tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện dựa trên STEυ -NC " là cần thiết và có tính ng dụng trực tiếp 1.4.2 M c tiêu Tối. .. buộc phụ để tối u hóa chế độ cắt sao cho tuổi bền dao là lớn nhất - Sử dụng các thông số liên quan có trong STEP- NC để tính toán tối u - Đề ra ph ơng pháp gi i bài toán tối u chế độ cắt theo tuổi bền dao 1.4.3 Đối tư ng nghiên c u Có hai ph ơng pháp tối u hóa chế độ cắt quá trình gia công: tối u hóa tĩnh và tối u hóa động Tối u hóa tĩnh là quá trình nghiên c u và gi i quyết bài toán tối u dựa trên mô hình... mòn dao khi cắt và xác định những yếu tố nh h ng đến tuổi bền dao, mà ch a đề cập nhiều về vấn đề tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao dựa trên STEυ -NC, mặt khác việc ng dụng công nghệ này n ớc ta còn mang nhiều tính kinh nghiệm ng dụng phần mềm STEP- σC để đ a ra một lý thuyết về tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao góp phần c i thiện và nâng cao hiệu qu s n xuất là cần thiết Ta l i biết rằng dao. .. Khi cắt kim lo i luôn luôn có [3] + A2, A4 < 0 + │A2│>1 + │A4│< 1 → A4 + 1 >0 + V, S > 0 So sánh các cách tối ưu hóa trong gia công ti n Các cách tối u Tiêu chí Dựa trên lực cắt Sử dụng nhiều Sử dụng trung bình Dựa trên Dựa trên Dựa trên Dựa trên tuổi bền khối l ợng hằng số chi phí gia dao phoi phoi công x x x Ít sử dụng x Không sử dụng x B ng 2.1: so sánh các cách tối u Vậy tối ưu hóa chế độ cắt theo. .. tốc độ cắt V, l ợng ch y dao S, chiều rộng cắt b, chi tiết gia công, vật liệu phần cắt và các yếu tố hình học c a dao, dung dịch trơn nguội [1] Ngoài ra, còn một số nghiên c u khác về tối u hóa quá trình gia công, tối u hóa tuổi bền dao, tối u hóa l ợng ch y dao, … nh ng ch a có nghiên c u tối u hóa dựa trên STEυ -NC Qua các công trình nghiên c u đư đ ợc phân tích trên cho thấy tối ưu hóa chế độ cắt dựa. .. dụng tối u hóa sẽ thấp [3] Khi tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao ta cần nghiên c u kỹ các yếu tố nh h ng đến tuổi bền dao Thực tế cho thấy: tất c các yếu tố có liên quan đến quá trình cắt gọt những m c độ khác nhau đều có nh h ng đến tuổi bền dao nh : tốc độ cắt, l ợng ch y dao, chiều sâu cắt, đặc tính vật liệu c a chi tiết gia công, kết cấu c a dao, dung dịch trơn nguội, … [1] - nh h ng c a tốc độ. .. Các cách tối ưu hóa ch độ cắt 2.6.1 Tối ưu hóa lư ng ch y dao dựa trên lực cắt Tối u hóa l ợng ch y dao là một thực tế phổ biến trong tối u hóa dựa trên lực cắt σó điều chỉnh l ợng ch y dao ban đầu lên m c cao nhất trong những giới h n và làm gi m l ợng ch y dao trong suốt quá trình bất c khi nào l ợng ch y dao ban đầu gây ra một phép đo phụ thuộc vào lực cắt v ợt qua h n chế máy móc Trong tối u hóa... thành cao, vì vậy tuổi bền c a dao càng tr nên quan trọng b i trong quá trình cắt nếu ph i thay dao nhiều sẽ tăng sai số, th i gian, nh h ng tới năng suất, chất l ợng và giá thành s n phẩm Việc tìm ra một hàm số mô t quan hệ giữa tuổi bền dao và chế độ cắt trên cơ s đó sẽ tối u hoá chế độ cắt theo tuổi bền dao là nhiệm vụ chính c a đề tài Trang 9 1.5.2 Ph m vi nghiên c u c a đ tài Do h n chế về th i gian... vi nghiên c u c a đ tài Do h n chế về th i gian và điều kiện nên luận văn này chỉ nghiên c u tối u hóa chế độ cắt quá trình gia công tiện theo tuổi bền dao dựa trên STEP- NC Qua đó có thể đ a ra một bộ thông số chế độ cắt khi tiện để dụng cụ cắt đ t tuổi bền cao nhất trong khi vẫn đ t chất l ợng bề mặt gia công theo yêu cầu 1.5.3 ụ nghĩa khoa học vƠ ý nghĩa thực ti n c a đ tài Về mặt khoa học, đề tài... tốc độ cắt V: tốc độ cắt càng lớn thì tuổi bền c a dụng càng nhỏ - nh h ng c a l ợng ch y dao S: khi tăng chiều dày cắt a thì tuổi bền dao sẽ gi m B i vì khi chiều dày cắt a tăng một mặt sẽ làm tăng t i trọng lực trên một đơn vị chiều dài l ỡi cắt, mặt khác sẽ làm tăng nhiệt cắt Kết hợp hai nguyên nhân trên dẫn đến tốc độ mài mòn dao tăng lên, do đó tuổi bền dao gi m - nh h ng c a chiều sâu cắt: với . cách tối ưu hóa ch độ cắt 18 2.6.1 Tối ưu hóa lưng chy dao dựa trên lực cắt 18 2.6.2 Tối ưu hóa dựa trên tui bn dao 20 2.6.3 Tối ưu hóa dựa trên khối lưng 21 2.6.4 Tối ưu hóa dựa trên. tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao dựa trên STEυ-NC cha đợc nghiên cu nhiều và  Việt σam là một lĩnh vực mới. Do vậy đề tài " ;Tối u hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện dựa trên. nghiên cu tối u hóa chế độ cắt quá trình gia công tiện theo tuổi bền dao dựa trên STEP-NC. Qua đó có thể đa ra một bộ thông số chế độ cắt khi tiện để dụng cụ cắt đt tuổi bền cao nhất trong