Luận án tiến sĩ nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phùng Xuân Lan NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRỢ GIÚP THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phùng Xuân Lan NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRỢ GIÚP THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 62520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Trần Văn Địch PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Tất số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực, chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh GS TS Trần Văn Địch Phùng Xuân Lan PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh LỜI CÁM ƠN Luận án đƣợc hoàn thành dƣới hƣớng dẫn GS TS Trần Văn Địch PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh NCS xin gửi lời cám ơn chân thành tới GS TS Trần Văn Địch tận tình hƣớng dẫn, bảo động viên NCS lúc NCS gặp khó khăn hỗ trợ NCS điều kiện tốt nghiên cứu NCS xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới hƣớng dẫn tận tình PGS TS Hồng Vĩnh Sinh Thầy có nhiều định hƣớng đắn cho NCS từ ngày đầu để giúp cho NCS có kết ngày hôm NCS bày tỏ lời cám ơn chân thành tới tập thể thầy/cô giáo bạn đồng nghiệp Bộ môn Công nghệ chế tạo máy ln cổ vũ, bảo góp nhiều ý kiến chân thành khách quan giúp đỡ NCS chặng đƣờng nghiên cứu Tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành tới Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí ln tạo điều kiện thuận lợi để thực đề tài nghiên cứu Tơi xin cám ơn tới gia đình, bố, mẹ, chồng, anh chị em tạo điều kiện cổ vũ tinh thần suốt thời gian qua Tôi xin gửi lời cám ơn tới Công ty cổ phần xây lắp thiết bị công nghiệp MEKAMIC hỗ trợ nhiều việc thu thập liệu thử nghiệm hệ thống Tôi chân thành cám ơn tất cả! MỤC LỤC i MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ QTCN CĨ SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH 1.1 Thiết kế QTCN có trợ giúp máy tính (CAPP) 1.2 Các phƣơng pháp CAPP 1.2.1 CAPP khả biến 1.2.2 CAPP khả sinh 1.2.3 CAPP phối hợp 1.3 Các hƣớng tiếp cận việc nhận dạng đối tƣợng gia công 10 1.4 Lựa chọn dụng cụ cắt 14 1.4.1 Lựa chọn chủng loại dụng cụ cắt 15 1.4.2 Lựa chọn kích thƣớc dụng cụ cắt 17 1.5 Thiết lập thứ tự nguyên công 18 Kết luận chƣơng 20 CHƢƠNG - PHƢƠNG PHÁP NHẬN DẠNG ĐỐI TƢỢNG GIA CÔNG 21 2.1 Sơ đồ thực 21 2.2 Phân loại đối tƣợng gia công 22 2.3 Q trình trích xuất nhận dạng đối tƣợng tạo hình dạng vẽ phác 25 2.3.1 Q trình trích xuất liệu với trƣờng hợp đối tƣợng tạo hình dạng vẽ phác 25 MỤC ii LỤC 2.3.2 Quá trình nhận dạng đối tƣợng gia công từ đối tƣợng tạo hình dạng vẽ phác 32 2.4 Quá trình trích xuất nhận dạng đối tƣợng tạo hình dạng thiết lập đặc tính vị trí 33 2.4.1 Q trình trích xuất đối tƣợng tạo hình lỗ (HoleWzd) 33 2.4.2 Quá trình nhận dạng đối tƣợng tạo hình HoleWzd 34 2.4.3 Q trình trích xuất nhận dạng đối tƣợng chuyển tiếp 34 2.5 Quá trình trích xuất nhận dạng u cầu kỹ thuật 35 2.6 Quá trình nhận dạng mối quan hệ đối tƣợng tạo hình 37 Kết luận chƣơng 39 CHƢƠNG - PHƢƠNG PHÁP LỰA CHỌN TRANG BỊ CÔNG NGHỆ VÀ THỨ TỰ NGUYÊN CÔNG 40 3.1 Phƣơng pháp lựa chọn dụng cụ cắt 40 3.1.1 Phƣơng pháp phân tích thứ bậc để lựa chọn loại dụng cụ cắt 40 3.1.2 Lựa chọn kích thƣớc dụng cụ cắt 51 3.1.3 Thuật toán lựa chọn dụng cụ cắt 53 3.1.4 Xác định chế độ cắt 55 3.2 Lựa chọn máy công cụ 57 3.3 Phƣơng pháp thiết lập thứ tự nguyên công 58 3.3.1 Mơ hình hóa tốn thiết lập thứ tự gia công 59 3.3.2 Xây dựng ma trận ràng buộc thứ tự 60 3.3.3 Chi phí gia cơng 64 3.3.4 Thiết lập thứ tự gia công trƣờng hợp lựa chọn thiết bị cố định 65 3.3.5 Thiết lập thứ tự gia công với trƣờng hợp lựa chọn thiết bị linh hoạt 71 Kết luận chƣơng 77 CHƢƠNG - XÂY DỰNG CSDL PHỤC VỤ THIẾT KẾ QTCN 78 4.1 Thiết kế CSDL 78 4.1.1 Đặc điểm cấu trúc CSDL thiết kế QTCN 78 4.1.2 Mơ hình quản trị CSDL 80 4.2 CSDL lựa chọn ban đầu 81 MỤC LỤC iii 4.2.1 CSDL vật liệu gia công 81 4.2.2 CSDL máy gia công 83 4.2.3 CSDL dụng cụ cắt 83 4.3 CSDL chi tiết gia công 85 4.4 CSDL mã hoá 89 4.5 CSDL lƣu trữ luật nhận dạng/lựa chọn 91 4.5.1 Luật nhận dạng đối tƣợng gia công 91 4.5.2 Luật lựa chọn chủng loại dụng cụ cắt 94 4.5.3 Luật nhận dạng phƣơng pháp gia công 96 Kết luận chƣơng 98 CHƢƠNG - XÂY DỰNG PHẦM MỀM BKCAPP ĐỂ THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC 99 5.1 Mô tả hệ thống BKCAPP 99 5.2 Thử nghiệm 01 104 5.2.1 Đặc điểm 104 5.2.2 Kết thiết kế QTCN 105 5.2.3 Đánh giá kết 109 5.3 Thử nghiệm 02 110 5.3.1 Đặc điểm 110 5.3.2 Kết thiết lập quy trình cơng nghệ 112 5.3.3 Kết gia công từ thực tế 113 5.3.4 Đánh giá kết 114 5.4 Thử nghiệm 03 117 5.4.1 Đặc điểm 117 5.4.2 Kết thiết lập quy trình cơng nghệ 118 5.4.3 Đánh giá kết 121 5.5 Các thử nghiệm khác 121 5.5.1 Đặc điểm 122 5.6 Thống kê kết thử nghiệm 122 Kết luận chƣơng 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 124 MỤC iv LỤC Kết luận 124 Kiến nghị 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 131 PHỤ LỤC A Giới thiệu phần mềm BKCAPP A.1 Tab Đối tƣợng gia công A.2 Tab Dụng cụ cắt A.3 Tab Máy gia công Â.4 Tab Phƣơng pháp gia công A.5 Tab Thứ tự gia công B Kết bƣớc xử lý hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 01) C Kết bƣớc xử lý hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 02) 13 D Kết bƣớc xử lý hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 03) 16 E Kết thiết lập thứ tự nguyên công hiển thị SolidWorks (Thử nghiệm 04, 05) 19 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT : Computer Numerical Control (Điều khiển số sử dụng máy tính) : Computer Aided Process Planning (Thiết kế QTCN có trợ giúp máy tính) : Computer Aided Design (Thiết kế có trợ giúp máy tính) CAD CAM : Computer Aided Manufacturing (Gia cơng có trợ giúp máy tính) QTCN : Thiết kế quy trình cơng nghệ : Visual Basic for Application (Ngơn ngữ lập trình VB cho ứng dụng) VBA : Điều kiển số NC : Analytic Hierarchy Process (Phƣơng pháp phân tích thứ bậc) AHP : Bƣớc gia công MO : Đối tƣợng gia công MF : Đối tƣợng hình học GF : Chi phí sử dụng máy MC : Chi phí sử dụng đồ gá SC : Chi phí sử dụng dụng cụ cắt TC MCC : Chi phí thay đổi máy : Chi phí thay đổi phƣơng án gá đặt SCC : Chi phí thay đổi dụng cụ cắt TCC : Hƣớng tiếp cận dụng cụ cắt TAD : Trí tuệ nhân tạo AI CSDL : Cơ sở liệu : Loại đối tƣợng FT : Dạng vẽ phác (sketch) ST : Hƣớng vẽ phác (sketch) SD : Điều kiện bao CT : Dạng vát DT : Dạng đảo IT : Hƣớng mở đối tƣợng DM : Dạng giao CI : Đặc điểm gia cơng LE IGTOL : Sai lệch vị trí tƣơng quan : Đặc tính hình học SC : Chất lƣợng gia công Qa CNC CAPP DANH vi MRC PR TC CR AR Wi De SD Cx Te MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ : Khả bóc tách : Cơng suất yêu cầu : Giá thành dụng cụ : Các chi phí khác : Tỷ lệ dài/rộng : Bề rộng/Chiểu rộng : Chiều sâu : Độ cứng vững : Khoảng cơng xon : Hình dáng : Tốc độ cắt tính toán : Tốc độ cắt (catalog) : Hệ số điều chỉnh vật liệu gia cơng : Số vịng quay trục : Đƣờng kính dụng cụ cắt : Lƣợng chạy dao phút : Lƣợng chạy dao : Số : Hệ số điều chỉnh bề rộng cắt : Tỷ lệ trích xuất vật liệu : Chiều sâu cắt : Chiều rộng cắt : Công suất cắt : Hệ số lực cắt đơn vị điều chỉnh công suất cắt : Hệ số điều chỉnh góc trƣớc : Hệ số lực cắt đơn vị : Chiều dày lớp phoi trung bình : Hệ số mũ cơng thức tính chế độ cắt VIẾT TẮT PHỤ LỤC nguyên công đơn lẻ bấm vào “Mơ hình lựa chọn máy” Thứ tự lựa chọn máy ƣu tiên theo hai hai tiêu chí sau: Tiêu chí giá thành gia cơng tiêu chí mức độ sử dụng máy Hình A.9 Hình A.9 Giao diện lựa chọn máy gia công (Từng trường hợp cụ thể) Â.4 Tab Phƣơng pháp gia cơng Hình A.10 Danh sách bước/NC ràng buộc thứ tự (Hình thành tự động) PHỤ LỤC Dựa vào danh sách dụng cụ cắt đƣợc thiết lập phƣơng pháp gia cơng tƣơng ứng đƣợc xây dựng kèm theo thông số máy, dụng cụ cắt TAD Kèm theo ràng buộc thứ tự đƣợc tự động thiết lập Toàn hai liệu đầu vào cho việc tối ƣu hóa thứ tự gia cơng tab Hình A.10 A.5 Tab Thứ tự gia cơng Bảng chi phí cho việc vận chuyển hai máy gia công, hai cách gá đặt hay hai dụng cụ cắt khác thay đổi thứ tự gia cơng thay đổi theo Hình A.11 Trong trƣờng hợp ngƣời sử dụng biết rõ toàn bƣớc/NC nhƣ ràng buộc thứ tự, bấm “Lựa chọn thứ tự gia công”, hệ thống tự động thiết lập thứ tự nguyên công tối ƣu sở đánh giá chi phí gia cơng Ở chế độ tự động phần này, hai lựa chọn đầu vào đƣợc xây dựng là:  Lựa chọn cố định mà bƣớc/NC rõ lựa chọn máy, dụng cụ cắt TAD Hình A.13  Lựa chọn linh hoạt theo bƣớc/NC có nhiều phƣơng án lựa chọn máy, dụng cụ cắt TAD khác Hình A.14 Hình A.11 Danh sách thứ tự ngun cơng PHỤ LỤC Hình A.13 Thiết lập thứ tự gia công (Lựa chọn cố định - Trường hợp cụ thể) Hình A.14 Thiết lập thứ tự gia công (Lựa chọn linh hoạt - Trường hợp cụ thể) PHỤ LỤC B Kết bƣớc xử lý hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 01) Hình B.1 Kết nhận dạng đối tượng gia công (SolidWorks - Thử nghiệm 01) Hình B.2 Kết nhận dạng đối tượng gia công (BKCAPP - Thử nghiệm 01) PHỤ LỤC 10 Hình B.3 Giao diện nhập thơng số đầu vào hệ thống (BKCAPP - Thử nghiệm 01) PHỤ LỤC 11 Hình B.4 Kết lựa chọn dụng cụ cắt (BKCAPP - Thử nghiệm 01) Hình B.4 Kết xác định bước/NC ràng buộc thứ tự (BKCAPP - Thử nghiệm 01) 12 PHỤ LỤC Hình B.5 Kết phiếu công nghệ dẫn gia công (BKCAPP - Thử nghiệm 01) PHỤ LỤC 13 C Kết bƣớc xử lý hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 02) Hình C.1 Kết nhận dạng đối tượng gia công (SolidWorks - Thử nghiệm 02) Hình C.2 Thơng tin chi tiết gia công (Xuất file Excel từ BKCAPP - Thử nghiệm 02) 14 PHỤ LỤC Hình C.3 Phiếu dụng cụ cắt (Xuất file Excel từ BKCAPP - Thử nghiệm 02) PHỤ LỤC 15 Hình C.3 Kết thiết lập phiếu CN dẫn gia công (Xuất file Excel từ BKCAPP - Thử nghiệm 02) 16 PHỤ LỤC D Kết bƣớc xử lý hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 03) Hình D.1 Kết nhận dạng đối tượng gia công (SolidWorks - Thử nghiệm 03) Hình D.2 Kết nhận dạng đặc điểm giao (Lưu SQL Server - Thử nghiệm 03) PHỤ LỤC 17 Hình D.3 Kết lựa chọn dụng cụ cắt (Lưu SQL Server - Thử nghiệm 03 - CSDL2) PHỤ LỤC 18 PHỤ LỤC 19 Hình D.4 Kết thiết lập phiếu CN dẫn gia công (Lưu SQL Server - Thử nghiệm 03 CSDL2) E Kết thiết lập thứ tự nguyên công hiển thị SolidWorks (Thử nghiệm 04, 05) Hình E1 Kết thiết lập QTCN - Hiển thị SolidWorks (Thử nghiệm 04) PHỤ LỤC Hình E2 Kết thiết lập QTCN - Hiển thị SolidWorks (Thử nghiệm 05) 20 ... dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết máy phay CNC? ??’ Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu cuối đề tài xây dựng hệ thống trợ giúp thiết lập quy trình công nghệ gia công. .. NỘI Phùng Xuân Lan NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRỢ GIÚP THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 62520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ... công máy phay/ khoan CNC Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn chi tiết gia công máy phay/ khoan CNC 3D Chi tiết gia công đƣợc thiết kế phần mềm SolidWorks với đầy đủ yêu cầu kỹ thuật Trợ giúp thiết kế QTCN