Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC (LA tiến sĩ)
Trang 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Phùng Xuân Lan
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÓNG TRỢ GIÚP THIET KE QUY TRINH CONG NGHE GIA CONG
CHI TIET TREN MAY PHAY CNC
LUAN AN TIEN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội - 2017
Trang 2
BO GIAO DUC VA BAO TAO
TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI
Phung Xuan Lan
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÓNG TRỢ GIÚP THIET KE QUY TRINH CONG NGHE GIA CONG
CHI TIET TREN MAY PHAY CNC
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 62520103
LUAN AN TIEN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 GS.TS Trần Văn Địch
2 PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh
Hà Nội - 2017
Trang 3LOI CAM DOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác
Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh
GS TS Trần Văn Địch Phùng Xuân Lan
Trang 4Luận án được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của GS TS Trần Văn Địch va PGS TS Hoang Vinh Sinh NCS xin gửi lời cám ơn chân thành tới GS TS Trần Văn Địch đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên NCS những lúc NCS gặp khó khăn và hỗ trợ NCS những điều kiện tốt nhất trong nghiên cứu NCS xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới sự hướng dẫn tận tình của PGS TS Hoang Vinh Sinh Thầy đã có nhiều định hướng đúng đắn cho NCS ngay từ những ngày đầu để giúp cho NCS có kết quả ngày hôm nay
NCS cũng bày tỏ lời cám ơn chân thành tới tập thé các thầy/cô giáo và các bạn
đồng nghiệp tại Bộ môn Công nghệ chế tạo máy đã luôn cổ vũ, chỉ bảo và góp nhiều ý kiến chân thành và khách quan giúp đỡ NCS trên chặng đường nghiên cứu
Tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành tới Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí đã luôn tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện đề tài nghiên cứu của mình
Tôi xin cảm ơn tới gia đình, bố, mẹ, chồng, anh chị em và các con tôi đã luôn tạo
mọi điều kiện và cổ vũ tinh thần tôi trong suốt thời gian qua
Tôi xin gửi lời cám ơn tới Công ty cổ phần xây lắp và thiết bị công nghiệp
MEKAMIC đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong việc thu thập dữ liệu và thử nghiệm hệ
thống
Trang 5MUC LUC i MUC LUC LOI CAM ON 00/9502 "na1n Ả - i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮTT + 2+s+rx+zz2zs2 Vv DANH MỤC CÁC BẢNG ¿5s t1 E1EE1211211711111 1111.1111111 1x vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỎ THỊ, -¿- 6 s+xt+EEEeEEeEkerkerxererree ix MG DAU vveccssessssssssseessseesssscssssssssscsssscsssscsssessssssssesssssssssesssecsssecesseeasesesseceaseseaseceass 1
1 CHUONG | - TONG QUAN VE THIET KE QTCN CO SU TRO GIUP CUA MAY TINH o.oo cscccscsesssessssssesssecssecssecsssessecsssessesssssssscsssessesssecesecsieessessseessessseess 5
1.1 Thiết kế QTCN có sự trợ giúp của máy tính (CAPP)
1.2 xe 000i )19 190175 1.2.1 CAPP khả biến - 22c ©2< 222 22E2112211211211211 21121 21erxe 8 1.2.2 CAPP kha Sinhee.ccceccccscsssesssesssesssecssecssecssecssecssscssecssecsnecssecssecasecsnecssee 9 1.2.3) CAPP phoi hop oceseeccecsesssessseessesssesssecssessecsseessecsseessessseessessseessecsseeess 9
1.3 Các hướng tiếp cận trong việc nhận dạng đối tượng gia công 10
1.4 Lựa chọn dụng cụ CẮT TH TT 1111111 1111111111111111111 11111111111 14
1.4.1 Lựa chọn chủng loại dụng cụ CẮT HH TH 11 1101111111111 crkrrey 15 1.4.2 Lựa chọn kích thước dụng cụ 0n 17
1.5 Thiết lập thứ tự ngun cơng 2-+©+++2+++crxrerxrrerrxrrrrrcee 18
Kết luận chương .-2¿2¿©+¿©Et2EESEEtSEE2EESEE2EESEE2EEEEECErkrrrkrrrei 20 2 CHUONG 2 - PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG GIA CONG21
2.1 Sơ đồ thực hiện 6c ©sc St kề E21 K11 1111111111111 crk 21 2.2 Phân loại các đối tượng gia cƠng 2:©++©+++ccxevcrxerrrxerrrrcee 22 2.3 Q trình trích xuất và nhận dạng đối tượng tạo hình dạng vẽ phác 25 2.3.1 Quá trình trích xuất dữ liệu với trường hợp đối tượng tạo hình dạng
Trang 62.3.2 Qua trinh nhan dang đối tượng gia công từ các đối tượng tạo hình dạñg:-vẽ phấn nen D0110 k0Y14415014359351111116151515351595V5385985550101315355111001x88 32
2.4 Quá trình trích xuất và nhận dạng đối tượng tạo hình dạng thiết lập đặc
tÍHH Vũ, VÌ: ĐT xe sp n100158165158444185384413x5841431A580441158510683844Eã53844203418144X1A3E95543884815 33
2.4.1 Quá trình trích xuất đối tượng tạo hình lỗ (HoleWzd) 33
2.4.2 Quá trình nhận dạng đối tượng tạo hình HoleWzd - 34
2.4.3 Quá trình trích xuất và nhận dạng đối tượng chuyên tiếp 34
2.5 Quá trình trích xuất và nhận dạng yêu cầu kỹ thuật - 35
2.6 Quá trình nhận dạng các mối quan hệ giữa các đối tượng tạo hình 37
Kết luận chương 2 . -2-©2++2E2EE2EE2E127112711271127112112211211.11 1 xe 39 3 CHƯƠNG 3 - PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN TRANG BỊ CÔNG NGHỆ VÀ THỨ TỰ NGUN CƠNG 2 + ©t£+E+Ek£EEEEEEEEEEE112111171111171 1.11 1x.eU 40 3.1 Phương pháp lựa chọn dụng cụ cắt -¿©22++cx+cxerxesrseerscees 40 3.1.1 Phương pháp phân tích thứ bậc để lựa chọn loại dụng cụ cắt 40
3.1.2 Lựa chọn kích thước dụng cụ CẮT, t2 TH E211 1e 51 3.1.3 Thuật toán lựa chọn dụng cụ CẮ ào cceeeeerererererercc, 5 3.1.4 Xác định chế độ cắt -ccccvccciirrrrrriiirrrrrrrriiiiirrrriee 55 3,2 Lựa chọn máy CONG: CUvccssscucessserveascxeovessnsaaacenenerereoonenecsaeaorrnseneaereenneneess 57 3.3 Phương pháp thiết lập thứ tự nguyên công : ¿-cs+5c5s+ 58 3.3.1 M6 hinh héa bài toán thiết lập thứ tự gia công 59
3.3.2 Xây dựng các ma trận ràng buộc thứ tự - - -« s<-ex<«x++ 60 k6 6“9 i09) 0 64
3.3.4 Thiết lập thứ tự gia công trong trường hợp lựa chọn thiết bị cố định
s0) 3.3.5 Thiết lập thứ tự gia công với trường hợp lựa chọn thiết bị linh hoạt 7l Kết luận chương 3 -:-2+©+2EE2EEC2E12712711271127112711211111111 1 xe 77 4_ CHƯƠNG 4- XÂY DỰNG CSDL PHỤC VỤ THIẾT KÉ QTCN 78
“Su số -.‹.,§Ã,H , 78
4.1.1 Đặc điểm và cấu trúc của CSDL thiết kế QTCN -:: 78
4.1.2 Mô hình quản trị CSDÌL - 6 cư, 80
Trang 7MUC LUC iii
4.2.1 CSDL vật liệu gia cơng - «5kg HH Hết 81 4.2.2 CSDL may gia CONG eee eeseeeeeseeeeseeseescseeseesesecsessesseeessesseeseeeens 83 4.2.3 CSDL dung cu cat
4.3 CSDL chi tiét gia cong
4.4 CSDL mii hd ooceessessssessssessossssssessssesssecsssecssscsssecssscsssssessecesseesssecesseceseees 89
4.5 CSDL lưu trữ luật nhận dạng/lựa chọn - 5+5 <+x>+x+ex+sssx2 91 4.5.1 Luat nhan dang déi tuong gia CONG .cecccsecsssecssesssteceseecsseecssecessees 91 4.5.2 Luat lwa chon chung loai dung cụ CẮT TT ng net 94 4.5.3 Luật nhận dạng phương pháp gia công -¿ - 55+ c+x+xcccec+s 96 Két ludin Chiron 4 o.oceccesscesssesssesssesssesssesssecssecssesssecssecssvcssecssesssecssesssesssesssesssecess 98 5 CHUONG 5 - XAY DUNG PHAM MEM BKCAPP DE THIET KE QTCN GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC -2-©s2©+z2z+z+cz+cee 99 5.1 M6 ta vé hé théng BKCAPP ooo eeccssssesssesssecssesssecsseessecssesssessseesseessease 99 5.2 _ Thir nghi€m O1 cceccccscscessseessseessseesssessssesssseessseessseesseessseessseessseessseessseetane 104 5.2.1 Đặc điểm St HH TT 1121111111111 11111111 ctye, 104 5.2.2 Kết quả thiết kế QTCN -2-©22+2+2+EE222EE2EEE22E.EErrrrrrrrer 105 5.2.3 Đánh giá kết quả 2-©22-©22+2E2+EEE22EE221127137112711 71.21 xe 109 5.3 Thử nghiệm Ô2 -¿-+2-+++C++C2EEE22715222112221171122711 2.1 E1xrrre 110 5.3.1 Đặc điểm c-cc ch HT HT 1 1111211111111 111111 11 1x1 ctxe 110 5.3.2 Kết quả thiết lập quy trình công nghệ 2- 2-22 sz+c5z+¿ 112 5.3.3 Kết quả gia công từ thực tẾ -c¿2c+ccccxrerrxrerrkrerrkrcres 113
5.3.4 Damh gid két nảaaaO.ỒWỒ 114
SA “Thi nghiéni 03 cscsc cusses cerca annmannewaraawavaas 117
SAL Dac GM cc eeccccccscesssssssssessssessssesssscsssscsssscsssecsssecssuecsseesssseesseessseceens 117
Trang 8
{00 0 124 Kiến nghị ¿25c SStcSCt 2E 2 2271271271271 2112.12.11 1e TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CAC CONG TRINH DA CONG BO CUA LUẬN ÁN 131 00850 1 A — Gidi thiéu phan mém BKCAPP cccscscsssesssesssesssesssesssecssessseesseessestseessees 1 A.1 Tab DGi trong gia CONG ececcsecssssesssssesssecssseesssecssueessuccssscesssecssscessecessecess 1
A.2 Tab Dung cu 0 1
A.3 Tab Máy ø1a CÔNg - -Á Án HH TH nh TH Họ nh ng nh nh Hệ 5 Â.4 Tab Phương pháp gia cơng 2¿- 22¿©2++2+++2E++vtrxretrxrsrrrrrrke 6 A.5 Tab Thứ tự g1a CÔNG TH HH HH HH TH Hit I
B _ Kết quả các bước xử lý trong hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 01) 9
C _ Kết quả các bước xử lý trong hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 02) 13
D Kết quả các bước xử lý trong hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 03) 1Ó
Trang 9DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÉT TÁT
CNC — : Computer Numerical Control (Điều khiển số sử dụng máy tính) CAPP_ : Computer Aided Process Planning (Thiét ké QTCN có sự trợ giúp
của máy tính)
CAD_ : Computer Aided Design (Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính)
CAM : Computer Aided Manufacturing (Gia công có sự trợ giúp của máy
tính)
QTCN_ : Thiết kế quy trình công nghệ
VBA _ : Visual Basic for Application (Ng6n ngữ lập trình VB cho ứng dụng)
NC _ : Diéu kién số
AHP _ : Analytic Hierarchy Process (Phuong pháp phân tích thứ bậc) MO : Bước gia công
ME : Đối tượng gia công GF : Đối tượng hình học MC : Chi phí sử dụng máy
SC : Chỉ phí sử dụng đồ gá
TC : Chi phí sử dụng dụng cụ cắt
MCC : Chỉ phí thay đổi máy
SCC : Chỉ phí thay đổi phương án ga đặt TCC _ : Chi phi thay déi dụng cụ cắt
TAD : Hướng tiếp cận của dụng cụ cắt
AI : Trí tuệ nhân tạo CSDL : Cơ sở dữ liệu FT : Loại đối tượng ST : Dạng vẽ phác (sketch) SD : Hướng vẽ phác (sketch) CT : Điều kiện bao DT : Dạng vát IT : Dạng đảo
DM_ :Hướng mở của đối tượng CI : Dang giao nhau
LE : Đặc điểm gia công IGTOL: Sai lệch vị trí tương quan
Trang 10MRC ~ : Kha nang boc tach PR : Công suất yêu cầu TC : Giá thành dụng cụ CR : Các chi phí khác AR : Tỷ lệ dài/rộng Wi : Bé réng/Chiéu rộng De : Chiều sâu SD : Độ cứng vững Cx : Khoảng công xon Te : Hình dáng Vet : Tốc độ cắt tính toán Von : Tốc độ cắt (catalog) Khp : Hệ số điều chỉnh vật liệu gia công n : Số vòng quay trục chính D, : Đường kính dụng cụ cắt Fpụ : Lượng chạy dao phút
Trang 11DANH MUC CAC BANG vii
DANH MUC CAC BANG
Bang 2.1 Thông tin mã hóa dữ liệu hình học + «++<++sx++ex+ex+e++ 26
Bảng 2.2 Luật nhận dạng tính chất đóng, mở của đối tượng -‹ -: 30
Bảng 2.3 Luật nhận dạng điều kiện bao (dạng cat và dạng khối) 30 Bảng 2.4 Một số luật nhận dạng đối tượng gia công tạo hình dạng vẽ phác 33 Bang 2.5 Mot số luật nhận dạng đối tượng tạo hình dạng lỗ
Bảng 2.6 Luật nhận dạng các đối tượng chuyên tiếp ngoài - Bảng 2.7 Một số dữ liệu yêu cầu kỹ thuật được trích XUẤT -cccccccrcrervez Bảng 2.8 Quy đổi độ nhám bề mặt sang cấp chính xác gia công - 36 Bảng 2.9 Quy đổi độ chính xác về một số sai lệch vị trí tương quan sang cấp chính xác gia cơng . -2-©2+++2E+2EE22E12211211211711111711111211 11 1e xe 37 Bảng 2.10 Định nghĩa mối quan hệ giữa các đối tượng tạo hình 37 Bang 3.1 Thang do mức độ quan trỌng . ‹- 5-5 St seererrkrkree 41
;71) 696080 139 42
Bảng 3.3 Mức độ quan trọng của giữa các tiêu chí chính . - «+ 47
Bảng 3.4 Ma trận so sánh mức độ quan trọng với tỷ lệ kích thước nhỏ (Lựa chọn
THHỦ |: c66115516101151469555950 0103355111 155144 9155140 3513313440139303135545 0583955 G101151140 55540 LE15151)153598148004181E% 48
Bảng 3.5 Quy ước xếp nhóm các thông số đầu vào của AHP - 48 Bảng 3.6 Các loại kích thước cơ bản của hốc -2- 2-52 sz+cxz+zxzsrscee 32 Bảng 3.7 Ràng buộc thứ tự giữa các đối tượng giao nhau 61
Bảng 3.8 Luật nhận dạng ràng buộc thứ tự . - 5+5 ++x+sseeseesee 62
Bảng 3.9 Danh sách các bước/NC và các trang bị công nghệ tương ứng 69 Bảng 3.10 Thông tin về đối tượng gia công và nguyên công
Trang 12
Bảng 4.7 Bảng kích thước trích xuất của đối tượng tạo hình dạng lỗ (HoleWzd) Bảng 4.8 Luật nhận dạng các đối tượng gia công dạng lỗ (HoleWzd) 94 Bảng 4.9 Một số luật trong CSDLằ luật lựa chọn thứ tự ưu tiên loại dụng cụ cat 95 Bảng 4.10 Ý nghĩa của các thông số đầu vào trong lựa chon loại dụng cụ cắt 96 Bảng 4.11 Một số luật trong CSDL luật nhận dạng phương pháp gia công 97 Bang 5.1 So sánh thời gian chuẩn bị sản xuất của hai phương pháp 115
Bảng 5.2 So sánh phương án thiết kế QTCN . .2-22¿©25+2cxccccscee 116 Bảng 5.3 Thời gian gia công và gá đặt giữa hai phương án thiết kế QTCN 116 Bảng 5.4 So sánh kết quả thiết lập QTCN giữa hai CSDL
Bảng 5.5 Đặc điểm của các thử nghiệm
Trang 13
DANH MUC CAC HINH ANH, DO THI ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐÒ THỊ
Hình 1.1 Lập quy trình công nghệ thủ công ¿+ 65+ c+x+xsvxeesrerexee 5 Hình 1.2 Mô hinh chung ctta CAPP oe eeceeeseesceseseeseeseeeeseeseeeseeesesseeecsesseseeeeeees 6 Hình 1.3 Các phương pháp CALPP 6 St, 8
Hình 1.4 Sơ đồ quan hệ và luật nhận dạng hốc [49] . -. ¿-¿c5s 12
Hình 1.5 Luật nhận dạng rãnh thông chữ nhật " 13
Hình 1.6 Đối tượng gia công 2.5D cơ bản . -2:-22¿©222c22+ccccxecczxcerrs 14
Hình 1.7 Các yêu tố cơ bản cần xác định khi lựa chọn dụng cụ CẮC c 15 Hình 1.8 Cấu trúc mạng nơron trong lựa chọn loại dụng cụ CẮC, ccccccccree 16
Hình 2.1 Sơ đồ các bước thiết lập quy trình gia công -2-csz-csc+- 22
Hình 2.2 Phân loại các đối tượng gia công theo đặc điểm tạo hình 23
Hình 2.3 Các loại đối tượng gia cƠng ¿-+©+++2+++2cvxterxxrzrxrrrrxrere 23
Hình 2.4 Đặc điểm của các phương thức gia công -z-: 24 Hình 2.5 Phân loại các đối tượng tạo hình - «se ssksssesekserrkrerserrke 24 Hình 2.6 Lược đồ mô tả quá trình nhận dạng đối tượng tạo hình dạng sketch 25 Hình 2.7 Phân loại các dạng điều kiện baO -¿-5:2cc2EcEvEEerkerkerxersrreerees 28 Hình 2.8 Một số ví dụ về các dạng giao nhau cơ bản : ‹ <<<<++ 29
Hình 2.9 Đặc tính giao của đối tượng .: ¿©222+22++c2cxeecrveerrreerrrecrks 29
Hình 2.10 Mô tả các mặt bao, hướng mở và hướng đóng của đối tượng 29 Hình 2.11 Định nghĩa một số dạng vát - ¿+ ©+2+xz+xx+rxerxerxeee 31
Hinh 2.12 Huréng m6 ctia d6i tong eeceecseecseesseessesseesseesseesseesssessessesseessees 32
Hinh 2.13 Nhan dang đối tượng gia công là bậc kín 2.5D chữ nhật 32 Hình 3.1 Cấu trúc thứ bậc -2 + S<+EkeEEEEESEEEEEEEE1E71121111E11111 111 rxeE 4I Hình 3.2 Mô hình cấu trúc thứ bậc (Gia công mặt bậc thẳng) 44 Hình 3.3 Mô hình cấu trúc thứ bậc (Gia €ốnig:iiặt:cạnh) ::. .s.:sss-sssssssesoss 45 Hình 3.4 Mô hình cấu trúc thứ bậc (Gia công mặt đầu) 2 +- 45
Hình 3.5 Mô hình cấu trúc thứ bậc (Gia cơng mặt rãnh) .- - «+ + 46
Hình 3.6 Mô hình cấu trúc thứ bậc (Gia công mặt hốc 2.5D) - 46 Hình 3.7 Gia công mặt bậc thành mỏng 40 Hình 3.8 Mức độ ảnh hưởng của các tiêu chí chính -. - 5s «c+xc<css+ 50 Hình 3.9 Mức độ ưu tiên của các phương án lựa chọn -‹+«c+<ex++ 50 Hình 3.10 So sánh một số tiêu chí cơ bản giữa các phương án khi gia cơng 5 Í Hình 3.11 Sơ đồ khối lựa chọn dụng cụ cắt 2-2 2cz+2s+zsszxserrserreee 54
Hình 3.12 Thuật toán lựa chọn dụng cụ cắt và thông số chế độ cắt trong CSDL56
Trang 14Hình 3.14 Mơ hình bài tốn thiết lập thứ tự nguyên công . . 59
Hình 3.15 Các phương án thiết lập thứ tự nguyên công -. 2- 5+: 60 Hình 3.16 Thuật toán thiết lập thứ tự nguyên công : z5z- 66 Hình 3.17 Chỉ tiết cần thiết lập thứ tự nguyên công . -¿c5c+: 69 Hình 3.18 Sơ đồ ràng buộc thứ tự của các bước/NC ¿ -z©csz+csz+e 70 Hình 3.19 So sánh chi phí gia công của các phương án thứ tự sau các vòng lặp 70 Hình 3.20 So sánh với các thuật toán khác -¿- -¿++c+++<++x<+sczsessxs+ 76 Hình 4.1 Cấu trúc CSDL phục vụ thiết kế QTCN 2-©-22cz+cxz+czzze 70 Hình 4.2 Mô hình đữ liệu trong hệ thống quản trị CSDL 2 +- 79
Hình 4.3 Sơ đồ mô tả đường luân chuẩn đữ liệu trong CSDL 80
Hình 4.4 Mối quan hệ ràng buộc giữa các bảng trong CSDL vật liệu 82
Hình 4.5 Mối quan hệ ràng buộc giữa các bảng trong CSDL máy 82
Hình 4.6 Mối quan hệ ràng buộc giữa các bảng trong CSDL dụng cụ cắt 84
Hình 4.7 Mối quan hệ ràng buộc giữa các bảng trong CSDL chỉ tiết gia công 88
Hình 5.1 Sơ đồ mô tả hệ thống BKCAPP 2- 22-522 2E2EE2EE2EEEEErrrreeg
Hình 5.2 Giao diện nhận dạng đối tượng gia công trong SolidWorks 100
Hình 5.3 Giao diện kết quả nhận dạng đối tượng gia công trong SolidWorks 100 Hình 5.4 Giao diện lựa chọn đầu vào trong BKCAPP ccccecseccee Hình 5.5 Định nghĩa phôi . ¿- - cS +tS**k SE ngư Hình 5.6 Giao diện hiển thị và tra cứu vật liệu gia công Hình 5.7 Giao diện hiễn thị thư viện dụng cụ cắt
Hình 5.8 Giao diện hiên thị thư viện máy gia công Hình 5.9 Mô hình vật thể rắn 3D trong SolidWorks (Thur nghiệm 01) 105
Hình 5.10 Kết quả nhận dạng đối tượng gia công của đối tượng tạo hình Cut- BX (U3 vss cs ceesscesvsers cesercoaceaunirtecann eee IRONS AeA a Re EEN 010085 107 Hình 5.11 Mô tả đữ liệu vào, ra của quá trình thiết lập QTCN (Thử nghiệm 01) ¬— 108
Hình 5.12 Chỉ tiết yêu cầu gia công trong Thử nghiệm 02 110
Hình 5.13 Mô hình vật thé ran 3D trong SolidWorks (Thir nghiém 02) 111
Hình 5.14 Dữ liệu đầu vào, đầu ra của quá trình thiết lập QTCN (Thử nghiệm 2 Ư© 113
Hình 5.15 Đo kiểm chỉ tiẾt -¿¿ 555ccvvccttEEEEkttrrirrrrtrtrirrrrrrrrrrrrrriee 114 Hình 5.16 Quá trình gia cơng và sản phẩm hồn thiỆN sssssssesssessssaseasee 114 Hình 5.17 Chi tiết yêu cầu gia công (Thử nghiệm 03) . -. - 117
Trang 15Tính cấp thiết của đề tài 1
MO’ DAU
Tinh cấp thiết của đề tài
Lập quy trình công nghệ (QTCN) là một khâu kết nối quan trọng giữa hai nhiệm vụ then chốt của quá trình sản xuất là thiết kế và gia công Lập QTCN giải quyết
vấn đề lựa chọn các quá trình sản xuất cần thiết, lựa chọn thiết bị gia công và dụng
cụ cắt hợp lý, thiết lập thứ tự gia công để biến ý tưởng của nhà thiết kế thành những
sản phẩm hiện hữu một cách kinh tế và có hiệu quả Trong các nhà máy gia công cơ khí ở Việt Nam hiện nay, đa phần các công việc này đều được tiến hành thủ công Khi lập QTCN thủ công, người kỹ sư phải mất nhiều thời gian để tra cứu sơ tay, tính tốn, lựa chọn và ra quyết định cũng như chuẩn bị các tài liệu thiết kế Công việc này càng khó khăn, tốn nhiều thời gian và công sức khi mà số lượng và chủng loại của các trang thiết bị đặc biệt là dụng cụ cắt ngày càng lớn và thường xuyên có sự biến động về số lượng Hơn nữa, trong lập QTCN thủ công thì chất
lượng thiết kế phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thiết kế Chính sự
khác nhau giữa các thế hệ kỹ sư với các kinh nghiệm không đồng đều cũng làm cho chất lượng của QTCN không ổn định Mặt khác, trong thiết kế QTCN bên cạnh những công việc đòi hỏi tư duy và tri thức của con người còn có 0£È#ng công việc nhàm chán mắt nhiều thời gian Chính vì vậy, nhu cầu có một hệ thống hỗ trợ
thiết kế QTCN có sự trợ giúp của máy tính (CAPP) là hết sức cần thiết để có thể tận
dụng khả năng tính toán, xử lý và truy xuất nhanh của máy tính với tư duy và tri thức của con người cho phép rút ngắn thời gian thiết lập QTCN Kết quả của CAPP không chỉ dừng lại ở việc cung cấp một tài liệu thiết kế hướng dẫn gia công mà còn được dùng trong nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất từ lập kê hoạch sản xuắt, quản lý nguồn nhân lực sản xuất, điều hành sản xuất, hạch toán kinh
tế
Trong nền sản xuất hiện đại, máy tính đã hỗ trợ người kỹ sư rất nhiều trong thiết kế mô hình sản phâm (CAD) và hình thành đường chạy dao cùng file gia công NC (CAM) nhưng những hỗ trợ trong thiết kế quy trình công nghệ (CAPP) còn nhiều hạn chế và cha bắt kịp được sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ CAD/CAM Mặc dù được coi là cầu nối giữa CAD và CAM nhưng CAPP phức tạp và khó khăn hơn nhiều Thực tế cho thấy rằng, hiện nay các phần mềm thương mại CAD/CAM
được phát triển rất mạnh bởi nhiều hãng như Autodesk, Dassault System, Siemens v.v nhưng chưa phát triển được một mô-đun phần mềm CAPP thương mại thực sự
Trang 16liệu đầu vào của CAPP Tuy nhiên, nó mới chỉ đừng lại ở mức sơ khai là nhận dạng ra các đối tượng gia công 2.5D đơn giản còn toàn bộ quá trình lựa chọn dụng cụ cat cũng như hình thành phương án gia công cho các đối tượng này một cách chỉ tiết va cụ thể thì chưa có Khi nền sản xuất ngày càng phát triển, thì nhu cầu hình thành một QTCN nhanh, chính xác, tự động và ôn định là hết sức cần thiết Trong bối
cảnh như vậy, nghiên cứu phát triển hệ thống hỗ trợ thiết kế QTCN bằng máy
tính có một ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất lớn Đó cũng chính là lý do cơ bản
mà nghiên cứu sinh (NCS) cùng tập thể hướng dẫn đã lựa chọn đề tài của luận án là:
“Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chỉ tiết trên máy phay CNC”'
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu cuối cùng của đề tài là xây dựng một hệ thống trợ giúp thiết lập quy trình công nghệ gia công chỉ tiết trên máy phay CNC bằng máy tính, cho phép hình thành các phiếu công nghệ chỉ dẫn gia công trực tiếp từ mô hình vật thé ran 3D thiết kế trong phần mềm CAD thương mại
Nội dung của luận án
(1) Xây dựng phương pháp nhận dạng các đối tượng gia công trên cơ sở các đối tượng tạo hình trực tiếp trong phần mềm CAD thương mại
(2) Xây dựng phương pháp lựa chọn trang bị công nghệ bao gồm máy, dụng cụ
cắt và phương pháp thiết lập thứ tự gia công trên cơ sở đữ liệu (CSDL) thay đổi linh
hoạt
(3) Xây dựng giao diện tích hợp CAD-CAPP thử nghiệm với nhiều chỉ tiết và cho phép ứng dụng trong thực tế sản xuất
Đối tượng và phạm vi và phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu:
Các chỉ tiết gia công trên máy phay/khoan CNC Phạm vì nghiên cứu:
Giới hạn ở các chỉ tiết gia công trên máy phay/khoan CNC 3D Chi tiết gia công được thiết kế trong phần mềm SolidWorks với đầy đủ yêu cầu kỹ thuật
Trợ giúp thiết kế QTCN trong một số khâu cơ bản để hình thành phiếu công nghệ
chỉ dẫn gia công, chỉ rõ các lựa chọn máy, dụng cụ cắt, hướng tiếp cận dụng cụ, chế
độ cắt và trình tự gia công một cách tự động Phương pháp nghiên cứu:
Trang 17Y nghia khoa hoc va thuc tiễn của đề tài 3
Giao diện tích hợp CAD-CAPP được xây dựng để kiểm nghiệm phương pháp va
thuật toán CSDL thực tế đã được thu thập từ nhà máy sản xuất và tiến hành thử
nghiệm với một số chỉ tiết gia công để kiểm chứng và hiệu chỉnh phương pháp
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
e_ Xây dựng được phương pháp nhận dạng đối tượng gia công mới, cho phép mở rộng phạm vi nhận dạng ra nhiều loại đối tượng khác nhau, trực tiếp trong phần mềm CAD thương mại
e Xây dựng được phương pháp lựa chọn trang bi công nghệ theo thứ tự ưu tiên trên cơ sở đánh giá đa tiêu chí, gắn kết với những thay đổi linh hoạt của CSDL và phương pháp hình thành thứ tự gia công cho phép rút ngắn thời gian xử lý
e_ Xây dựng được bộ luật nhận dạng đối tượng gia công, phương pháp gia công và lựa chọn dụng cụ cắt làm cơ sở cho việc thiết kế QTCN
e_ Thiết kế được một hệ CSDL cho phép mở rộng và quản lý hiệu quả dữ liệu của quá trình thiết kế QTCN
Ý nghĩa thực tiễn
e_ Giao diện CAD-CAPP (BKCAPP) được viết trên cơ sở kết quả nghiên cứu
của luận án có khả năng ứng dụng trong đào tạo, nghiên cứu và thực tế sản
xuất
e Kết quả nghiên cứu của dé tài đã được kiểm nghiệm trong thực tế để gia công chỉ tiết tại Công ty MEKAMIC cho phép giảm thời gian chuẩn bị sản xuất và thời gian gia công, nâng cao khả năng tự động hoá trong nhà máy
Đóng góp mới của đề tài nghiên cứu
Là đề tài nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu về phương pháp thiết lập
QTCN bằng phương pháp khả sinh cho phép mở rộng tương tác của người sử dụng Xây dựng được phương pháp mới trên cơ sở thiết lập bộ nhận dạng gồm bảy yếu tố cho phép nhận dạng nhiều loại đối tượng gia công từ thông tin hình học đến các yêu cầu kỹ thuật
Xây dựng được phương pháp mới để lựa chọn dụng cụ cắt theo thứ tự ưu tiên trên cơ sở đánh giá đa tiêu chí, thích hợp với sự đa dạng và linh hoạt của CSDL
Xây dựng được phương pháp chọn lọc ghép nhóm để thiết lập thứ tự gia công với thời gian xử lý rút ngắn so với các phương pháp trước
Xây dựng được giao diện CAD-CAPP (BKCAPP) trợ giúp thiết kế QTCN trực
Trang 18Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 5 chương, nội dung chính của từng chương được tóm tắt như sau: Chương 1 - Trình bày các lý thuyết tổng quan về thiết kế QTCN có sự trợ giúp của máy tính (CAPP) Kết luận của chương chỉ ra các tồn tại của các nghiên cứu hiện tại và hướng nghiên cứu của luận án
Chương 2 - Trình bày phương pháp mới để nhận dạng đối tượng gia công trực
tiếp từ mô hình vật thé ran 3D vé ca hai mat thông số hình học và yêu cầu kỹ thuật Kết quả là giải quyết về cơ bản nút thắt quan trọng giữa CAD và CAPP tạo ra dòng tích hợp giữa CAD/CAPP
Chương 3 - Trình bày các phương pháp lựa chọn trang bị công nghệ bao gồm máy, dụng cụ cắt, chế độ cắt và thiết lập thứ tự gia công Kết quả của phương pháp lựa chọn cho ra thứ tự ưu tiên của các phương án
Chương 4 - Trình bày cách thức xây dựng CSDL phục vụ thiết kế QTCN CSDL
không chỉ lưu trữ thông tin mô tả mà còn lưu trữ các luật nhận dạng và lựa chọn, tạo cơ sở cho việc cập nhật và hiệu chỉnh các thông tin của toàn hệ thống một cách độc lập và dễ dàng
Chương 5 - Xây dựng giao diện CAD/CAPP (BKCAPP) để thiết kế QTCN gia công chỉ tiết trên máy phay CNC Chương trình máy tính đã được thiết lập để kiểm nghiệm phương pháp và thuật toán Một số chỉ tiết điển hình được thiết kế để thử
nghiệm tính hiệu quả của phần mềm
Trang 19Thiét ké QTCN có sự trợ giúp của máy tính (CAPP) 5
1 CHUONG 1 - TONG QUAN VE THIET KE QTCN CO SU’
TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH
1.1 Thiết kế QTCN có sự trợ giúp của máy tính (CAPP)
Lập QTCN là bài toán kỹ thuật, kinh tế và tổ chức có nhiệm vụ biến tài liệu thiết kế thành các tài liệu hướng dẫn (quy trình) thực thi quá trình gia công Để có thể
thiết lập được một QTCN, bên cạnh những kiến thức về lập QTCN vững vàng,
người kỹ sư cần có các kỹ năng thiết lập QTCN cùng các kinh nghiệm tích lũy của
bản thân về nhiều lĩnh vực như mô tả trong Hình 1.1 Trong lập QTCN, có những
việc đơn giản, rất tẻ nhạt nhưng cũng có những việc có tính trí tuệ cao, đòi hỏi tính toán phức tạp, lựa chọn và ra quyết định chính xác Người ta thấy rằng chỉ có khoảng 15% thời gian của người lập QTCN dành cho việc ra các quyết định kỹ
thuật, 40% thời gian dành cho việc tra cứu, tìm kiếm dữ liệu và tính toán, toàn bộ
thời gian còn lại dành cho việc chuẩn bị các tài liệu thiết kế [26]
Kiến thức về lập QTCN Kỹ năng, kinh nghiệm về lập QTCN Sử dụng sách tham khảo Giá thành tương đôi của
các quá trình gia công, dụng cụ và vật liệu Số tay công nghệ cuts Kiến thức về san xuat Kiến thức về mô a > z Kinh nghiém san xuat thực tế Nguồn lực có sẵn của nơi sản xuất Kinh nghiệm về phôi, vật liệu thô hình chỉ tiết š Đọc và hiểu bản vẽ cơ khí 1 : Khả năng tính toán Kiên thức về ra giá thành và thời gian quyết định
Hình 1.1 Lập guy trình công nghệ thủ công
Trang 20tới xây dựng một nên sản xuất hiện đại và CAPP cũng khơng nằm ngồi xu hướng đó Máy tính cho phép lưu trữ một lượng dữ liệu lớn, khả năng truy xuất, tính toán chính xác và nhanh chóng Sự hỗ trợ của máy tính vào việc thiết kế QTCN có nhiều cấp độ khác nhau [26]
© Ở cấp độ thấp, máy tính và con người cùng tham gia vào việc thiết lập QTCN theo nguyên tắc dé cho người và máy thực thi những công việc tốt
nhất mà từng đối tượng có thể thực hiện Lúc này, máy tính chỉ đóng vai trò lưu trữ và truy xuất dữ liệu sử dụng cho quá trình thiết lập QTCN còn con người vẫn thực thi những công việc mang tính chất trí tuệ
© O cap độ cao hơn, máy tính có thể tự động hình thành các QTCN cho một vài chỉ tiết có hình dáng đơn giản QTCN này có thé được hiệu chỉnh cho phù hợp với yêu cầu cu thé
e© Ở cấp độ cao nhất, là mục tiêu cuối cùng của CAPP, cho phép hình thành QTCN hoàn toàn bằng máy tính Khi đó toàn bộ giữa tri thức và kinh nghiệm thiết kế công nghệ cùng với toán tối ưu đều được tích hợp vào trong chương trình máy tính CSDL của hệ thống CAPP ở mức độ này cần có khả năng kết nối trực tiếp với các hệ thống khác ví dụ như CAD và CAM Hệ thống CAD Triết xuất và nhận dạng đối tượng gia công
Dữ liêu đầu vào (Đối tượng gia công) Hệ thống CAPP Dữ liệu về kiến thức công nghệ (máy, dao, đồ gá, chế độ cắt ) Các quy tắc và ràng buộc công nghệ Các mơ hình tốn Các phương pháp lựa chọn, tối ưu Dữ liêu đầu ra
(Quy trình công nghệ) Hệ thống CAM
Trang 21Cac phuong phap CAPP 7
Bản chất của CAPP lúc này là một phần mềm với dữ liệu đầu vào là các thông tin hình học và yêu cầu kỹ thuật của chỉ tiết cần gia công đã được trích xuất và nhận
dạng từ hệ thống CAD và đầu ra là QTCN đề gia công chỉ tiết đó, đây lại là đầu vào của hệ thống CAM Để thực hiện được toàn bộ quy trình này, CAPP phải là một hệ thống bao gồm các CSDL công nghệ, các quy tắc và ràng buộc công nghệ, các mơ hình tốn kết hợp với phương pháp lựa chọn và tính toán tối ưu như mô tả trong Hình 1.2 Kết quả là cho phép thiết lập được QTCN một cách tự động, nhanh chóng và hiệu quả
Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng một hệ thống CAPP hiệu quả có thể làm giảm
giá thành sản xuất xuống tới 30% và thời gian sản xuất một sản phẩm cũng có thể
giảm xuống tới 50% [52] Hiệu quả của việc tự động hóa thiết kế nguyên công trên
một số phương diện cũng được tác gid S Anderberg phân tích và so sánh trong một số công ty chuyên gia công CNC [39] Do đó tính linh hoạt trong sản xuất, năng suất và chất lượng sản phẩm được nâng cao, thời gian sản xuất được rút ngắn, đáp ứng được nhu cầu của nền sản xuất hiện đại là sản xuất ra sản phẩm luôn thay đổi vả cải tiến về mặt mỹ thuật và kỹ thuật Chính vì vậy, các vấn đề liên quan CAPP đã thu hút được nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu từ cách đây bốn thập niên Ở Việt Nam, mặc dù các nghiên cứu tự động hóa thiết kế QTCN còn chưa nhiều nhưng cơ sở lý thuyết tự động hóa thiết kế QTCN và các phương pháp, kỹ thuật xây
dựng hệ thống tự động hóa thiết kế QTCN đã được nghiên cứu và trình bày khá cụ
thể trong cuốn sách của hai tác giả Nguyễn Đăng Bình và Nguyễn Phú Hoa [3] Một số hệ thống CAPP đã được xây dựng và áp dụng cho chỉ tiết dạng tiện hay phay trên máy CNC bởi nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới [32, 55, 59] Không chỉ dừng lại ở tự động hóa thiết kế QTCN trên máy CNC, nhiều nghiên cứu mở rộng sang các dạng khác như tạo mẫu nhanh hay uốn tắm [37] Điều này thể hiện tiềm năng phát triển các hướng nghiên cứu CAPP sang nhiều lĩnh vực khác nhau
1.2 Các phương pháp CAPP
CAPP đã được nghiên cứu, tạo lập và triển khai ứng dụng theo các phương pháp như mô tả ở Hình 1.3 bao gồm:
e Phương pháp CAPP khả biến (Variant CAPP),
e Phuong phap CAPP kha sinh (Generative CAPP)
e Phuong phap CAPP phối hợp (Hybrid CAPP)
Trang 22công nghệ của đối tượng sản xuất (chỉ tiết, sản phẩm cơ khí) tạo lập trên máy tính, bao gồm cả chương trình gia công máy CNC [6] Phương pháp CAPP khả sinh có nhiều ưu điểm là sự linh hoạt và chỉ tiết của QTCN nhưng do việc thiết lập khó khăn và phức tạp nên phương pháp CAPP phối hợp trên cơ sở kết hợp giữa phương
Tiếp cận theo Tiếp cận chính xác công nghệ nhóm trực tiếp
Phương pháp Phương pháp Phương pháp
khả biến khả sinh phối hợp
Sự tương tự của các Sĩ HN Ð ‘ es à x L chỉ tiết và QTCN ] [ Mô hình toán ] ket hợp giữa phương pháp khả sinh và khả năng tương tác và tùy chỉnh của con người QTCN cứng, QTCN linh hoạt, đơn giản chỉ tiết, phức tạp Hình 1.3 Các phương pháp CAPP 1.2.1 CAPP khả biến
Quá trình xây dựng hệ thống CAPP khả biến khai thác sự tương đồng giữa các chỉ tiết cơ khí thông dụng và tìm kiếm thông qua CSDL, nhằm đưa ra được một số
QTCN chuẩn cho họ chỉ tiết [27] QTCN chuẩn này sẽ được áp dụng cho các chỉ
tiết thuộc cùng một họ và được sửa đổi cho phù hợp với từng chỉ tiết cụ thé trong một họ chỉ tiết, trên cơ sở phân loại, mã hoá và ghép nhóm các chỉ tiết cơ khí thông dụng theo hệ thống mã hoá phù hợp
Các hệ thống CAPP khả biến đã được tạo lập là giải pháp phát triển tiến bộ của giải pháp thủ công Bản chất chung của các hệ CAPP khả biến là quá trình phục hồi và truy cập lại bằng máy tính những QTCN đã có từ bộ nhớ do người thiết kế QTCN tao lập trước đây Với hệ CAPP khả biến, một QTCN điền hình cho một chi tiết tương tự có thể được truy cập, phục hồi lại tự động từ tệp của máy tính, nếu chỉ tiết mới cần chế tạo có những đặc điểm tương đồng với chỉ tiết điển hình và phù hợp với hệ thống mã hóa có sẵn của máy tính Từ đó, QTCN đã được truy cập ra sẽ được biên tập và điều chỉnh để phù hợp hơn với chỉ tiết mới cần chế tạo [40]
Cách thiết kế khả biến đòi hỏi phải có hệ CSDL bao hàm những QTCN tiêu
Trang 23Cac phuong phap CAPP 9
nhóm Trong công nghệ nhóm, từng chi tiết cơ khí được nhận một mã số tuỳ theo
đặc điểm về kết cấu và công nghệ của nó và các chỉ tiết sẽ được ghép thành nhóm
theo các họ phù hợp với mã số chỉ tiết Do đó, phương pháp này thích hợp với các nhà máy sản xuất có sự ổn định về chủng loại chi tiết Nhược điểm của phương pháp khả biến là khó hiệu chỉnh hệ thống đặc biệt là sự giới hạn về hệ thống mã hóa và khó có thể hình thành một QTCN một cách chỉ tiết
1.2.2 CAPP khả sinh
Giải pháp CAPP khả sinh có bản chất là hệ cơ sở tri thức Hệ cơ sở tri thức được ứng dụng trong việc xây dựng QTCN chế tạo, thực chất là một tập hợp các quy luật và nguyên tắc thiết kế công nghệ, được rút ra từ kinh nghiệm của những người thiết kế công nghệ thành thạo và đã được thực tế sản xuất kiểm chứng [27] Không giống
như giải pháp khả biến có sử dụng các QTCN chuẩn của họ chỉ tiết, giải pháp khả sinh dựa vào các logic xây dựng QTCN Giải pháp khả sinh cố gắng bắt chước tư
duy của người thiết kế công nghệ bằng cách áp dụng logic ra quyết định của người thiết kế công nghệ Ngày nay, trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence) và hệ chuyên gia (Expert System) 14 céng cụ hiện dai để xác lập QTCN Trí tuệ nhân tạo là kỹ thuật giống như logic hình thức dùng để mô tả các chỉ tiết cơ khí Hệ chuyên gia dùng để hệ thống hoá quá trình xử lý tri thức của con người để áp dụng vào việc thiết kế QTCN Hệ thống CAPP khá sinh có đặc điểm là tạo ra các QTCN nhanh và nhất quán Nó có thể tạo lập các QTCN cho toàn bộ các chi tiết mới, mà không hạn chế ở các QTCN chuẩn của các chỉ tiết sẵn có như trong hệ thống CAPP khả biến Trong trường hợp có những thay đổi của CSDL thiết bị hay có các máy bị quá tải
thì hệ thống khả sinh có thê tự động hình thành các QTCN khác Một ưu điểm nỗi
bật khác của hệ thống khả sinh là QTCN được hình thành tự động mà không phụ thuộc vào kinh nghiệm của người lập QTCN Nó là một hệ thống động và có thể được sử dụng trong hệ thống CIM [40] Mặc dù việc lập trình khó khăn hơn nhiều nhưng nó phù hợp với các ứng dụng thiết kế QTCN cho các chỉ tiết khác nhau, phù
hợp với tính đa dạng của thiết kế chỉ tiết Do đó đáp ứng được sự thay đổi nhanh chóng của mẫu mã sản phẩm trên thị trường hiện nay
1.2.3 CAPP phối hợp
Mặc dù, phương pháp CAPP khả sinh là mục đích phát triển của hệ thống CAPP Nó là hệ thống CAPP có đặc điểm tự động hoá rất cao, khi đó toàn bộ công việc được tiến hành tự động Tuy nhiên, điều này có xu hướng hạn chế các tác động của
con người vào hệ thống Với một hệ thống phức tạp như CAPP thì việc này làm cho hệ thống trở nên kém linh hoạt và khó thích ứng Chính vì vậy hệ thống CAPP phối
Trang 24tương tác với người sử dụng Lúc này hệ thống CAPP phối hợp sẽ gồm hai chức năng: thứ nhất là tận dụng các công nghệ thiết lập QTCN theo phương pháp khả sinh và thứ hai là nâng cao khả năng giao tiếp và tương tác với người sử dụng Tương tác với người sử dụng này có thể trong một chu trình đánh giá hay cập nhật dữ liệu nào đó hoặc cho phép đưa ra quyết định cuối cùng khi nảy sinh các vấn đề xung đột mà không thê giải quyết tự động được [20]
1.3 Các hướng tiếp cận trong việc nhận dạng đối tượng gia công
Việc xây dựng một công cụ cho phép tự động nhận dạng các đối tượng gia công từ mô hình vật thể rắn 3D là một vấn đề quan trọng cần phải quan tâm đầu tiên khi xây dựng mô-đun CAPP tích hợp trong các phần mềm CAD/CAM thương mại Hiện nay đa phần các phần mềm CAD/CAM thương mại đều không tích hợp hoặc chưa tích hợp đầy đủ các công cụ cho phép cung cấp thông tin hình học của chỉ tiết đủ để nhận dạng các đối tượng gia công [20] Hơn nữa, mô hình CAD chứa chỉ tiết các thông tin hình học về chỉ tiết gia công, tuy nhiên đó không phải là các thông tin gia công được dùng trực tiếp trong các lĩnh vực sản xuất như lập QTCN Để giải quyết vấn đề tạo mối giao tiếp giữa CAD và CAPP, việc tự động nhận dạng đối tượng gia công có ý nghĩa hết sức quan trọng
Trong khoảng bốn thập niên trở lại đây, CAPP đã thu hút sự tập trung của nhiều nhà nghiên cứu Trong đó, tự động nhận dạng đối tượng gia công từ các đối tượng tạo hình là một vấn đề được quan tâm nhiều hơn cả Bên cạnh nhiều thành tựu đáng kê đã được công bố, cũng còn nhiều khó khăn chưa giải quyết được đặt ra với các nhà nghiên cứu không chỉ ở trong và ngoài nước Những tóm tắt sau sẽ chỉ ra tình hình nghiên cứu ở cả trong và ngoài nước về cả những thành quả đạt được và các thách thức đặt ra
Thực tế ở trong nước hiện nay, chưa nhiều nhà nghiên cứu tập trung đi sâu vào lĩnh vực CAPP nói chung và tự động nhận dạng đối tượng gia công nói riêng nên những kết quả đạt được còn hết sức khiêm tốn Tác giả Vương Sĩ Kông đã xây dựng
phương pháp tự động thiết kế QTCN gia công chỉ tiết dạng càng mà ở đó đầu vào là
các bản vẽ 2D CAD cứng có sẵn trong thư viện [9] Một nhược điểm lớn nhất của
cách tiếp cận này là hệ thống rất khó làm việc với những đầu vào là các chỉ tiết khác
không có trong đữ liệu của hệ thống Tác giả Chu Đức Hòa đã thành công khi xây dựng phương pháp thiết kế QTCN dạng trục ứng dụng cơng nghệ nhóm [§] Điểm thành công của nghiên cứu này so với nghiên cứu trước là tác giả đã xây dựng được một phần mềm cho phép thiết kế những chỉ tiết dạng trục đơn giản trên đó và đồng
thời nhận dạng được đối tượng gia công từ chính đối tượng hình học 2D đã thiết kế
Trang 25Các hướng tiếp cận trong việc nhận dạng đối tượng gia công 11
xoay đơn giản có thể hiểu được bằng cách đọc bản vẽ CAD 2D chứ khó áp dụng với các chỉ tiết dạng hộp mà ở đó kết cấu phức tạp hơn nhiều Như vậy, với các hệ
thống CAPP đã được xây dựng từ các nghiên cứu ở trong nước thì đầu vào của hệ
thống mới chỉ dừng lại ở các bản vẽ chi tiết mẫu có sẵn trong thư viện hoặc các bản vẽ CAD 2D mà chưa nghiên cứu nào tích hợp được CAD 3D vào hệ thống CAPP Do đó, phạm vi của nghiên cứu chủ yếu chỉ là xuất ra được QTCN của chỉ tiết mẫu có sẵn trong thư viện hoặc các biên dạng trục đơn giản
Vấn đề tự động nhận dạng các đối tượng gia công từ các đối tượng hình học là
một trong những vấn đề phức tạp của CAPP và đã thu hút được rất nhiều nhà
nghiên cứu ngoài nước S M Amaitik đã xây dựng ra một hệ thống tự động thiết lập QTCN thông minh cho các chỉ tiết 2.5D [41] Trong hệ thống này, tác giả đã xây dựng một mô-đun cho phép thiết kế các đối tượng gia công 2.5D cơ bản như hốc, bậc, rãnh tích hợp trong AutoCAD Ưu điểm của phương pháp này là họ sẽ không mất thời gian nhận dạng và trích xuất đối tượng nữa bởi vì các đối tượng gia công đã hình thành và có thể lấy đữ liệu ngay trong quá trình người sử dụng xây dựng mô-hình vật thể rắn Ưu điểm thứ hai là hệ thống là kết quả của nhận dạng được xuất ra dưới dang file STEP AP224 - một định dạng file trung gian tiêu chuẩn cho CAPP Nhưng nhược điểm lớn nhất của cách tiếp cận này là cho dù người sử dụng đã có một mô hình vật thể rắn vẽ được bằng các phần mềm CAD thương mại
rồi, họ vẫn phải mắt thời gian vẽ lại vật thể rắn họ muốn thiết lập QTCN trên mô-
đun CAD mà tác giả đã xây dựng Điều này, đôi khi cũng gây khó khăn, lãng phí thời gian và công sức đối với người sử dụng Một giới hạn khác của hệ thống này là nó chỉ cho phép xây dựng và nhận dạng các đối tượng gia công 2.5D chứ chưa cho phép làm việc với các đối tượng gia công 3D
Trang 26liên quan đến quá trình gia cơng, ngồi các thơng số hình học được trích xuất một cách tự động thì hệ thống này vẫn phải tiến hành nhận dạng bên trong phần mềm tạo dựng vật thể 3D chứ không thể tách rời độc lập Đó cũng là giới hạn chung của các phương pháp nhận dạng theo định dạng file trung gian mà nhiều tác giả sử dụng Tác giả H.C.W Lau đã xây dựng một hệ thống CAPP tích hợp với CAD cho phép nhận dạng các chi tiết từ dang file STEP Cac bién dang 2.5D cơ bản đã được nhận dang va QTCN đã được đưa ra nhưng chưa xử lý được các vấn đề nhận dạng các yêu cầu kỹ thuật nên đa phần các bước/NC được nhận dạng chỉ đa phần với mục
đích tạo hình, chưa phù hợp với các chỉ tiết gia công thực tế [28]
Tác giả V.B Sunil đã xây dựng phương pháp dựa trên các sơ đồ quan hệ và các luật cho phép nhận dạng các đối tượng gia công độc lập lẫn mối quan hệ giao nhau giữa chúng từ các file định dạng B-Rep [49] Tác giả này đã giải quyết một vấn đề khó trong nhận dạng đối tượng đó là sự giao nhau giữa các đối tượng Phương pháp mà tác giả áp dụng trước hết là xây dựng sơ đồ quan hệ giữa các mặt của toàn bộ chỉ tiết, sau đó tiến hành xử lý và gộp nhóm các mặt thành các đối tượng hình học khác nhau Cuối cùng áp dụng những luật nhận dạng hốc, rãnh, bậc trên cơ sở phân tích số lượng và mối quan hệ giữa các nút, cạnh và bậc qua các sơ đồ này Ƒ ao OS TE ON So dé 1 So dé 2 - Số nút của sơ đồ: N=5 - Số cạnh của sơ đồ: A=8 - Số bậc lớn nhất của các nút: Dmax = 4
- Luật: A=2*N—2 và Dmax =N- †1
> Sơ đồ biểu diễn một hốc
Hình 1.4 Sơ đồ quan hệ và luật nhận dạng hốc [49]
Như mô ta ở Hình 1.4, với hai đối tượng hốc có giao nhau, các sơ đồ quan hệ và luật nhận dạng qua mối quan hệ giữa số lượng các nút (N), cạnh (A) và số bậc lớn nhất của các nút (Dax) duoc 4p dung dé nhan dang hai héc Vé co ban, hướng tiếp cận này cho phép dễ dàng nhận dạng với các đối tượng gia công 2.5D những gặp khó khăn trong khâu thuật toán khi nhận dạng các đối tượng gia công 3D và nhiều trục Ngay cả với các đối tượng gia công 2.5D cũng chỉ chủ yếu ở các chi tiết dang
cắt chứ chưa tập trung vào dạng khối Một hạn chế khác của hướng tiếp cận này là
việc chuyển đôi dữ liệu một số biên dạng phức tạp cũng gây ra những sai sót
Trang 27Các hướng tiếp cận trong việc nhận dạng đối tượng gia công 13
thương mại như AutoCAD, Solidworks, CATIA, Pro-Engineer đều có khả năng lập trình giao diện ứng dụng (API) cho phép nhúng kết và lập trình bên trong phần mềm Tác giả M.T Hayasi đã xây dựng phương pháp tự động nhận dạng đối tượng gia công bằng cách sử dụng API tích hợp trong phần mềm AUTODESK INVENTOR [33] Tác giả đã phát triển một phương pháp nhận dạng trên cơ sở các luật xuất phát từ những dữ liệu trích xuất từ chính trong phần mềm bao gồm số lượng các mặt và số lượng các cạnh trên mặt cơ sở của đối tượng hình học Mô-đun này có thể nhận dạng ra các đối tượng gia công 2.5D như hốc, rãnh và bậc v.v
nhưng có hạn chế với một số dạng đối tượng hình học giao nhau X Zhou giới thiệu
một phương pháp nhận dạng các đối tượng gia công 2.5D dựa vào việc phân tích đặc tính trong-ngoài của mỗi cạnh và mối quan hệ giữa các mat [53] Hình 1.5 mô tả luật nhận dạng đối tượng gia công dạng rãnh thông chữ nhật thông qua quan hệ giữa các mặt trong đối tượng (có ba mặt trong đó có hai cặp mặt vuông góc Cperp và một cặp mặt song song nhau Cpar) và đặc tính trong/ngoài của cạnh giao giữa
các mặt (có hai cặp mặt tiếp giáp nhau qua cạnh trong Aco) Hệ thống nhận dạng
được xây dựng trong phần mềm UNI-GRAPHICS fi f ti Ranh thé : ` ` one nhật” = (fi U h U Ra) U (Ago) U(C perp UC par) Aco((fi, £2), Cf, £3) Cpar( fi s3), Cperp((ƒ ›J2)› (J2: ƒ#3))
Aco: Cặp mặt phẳng tiếp giáp nhau qua một cạnh trong Cpar: Cặp mặt song song nhau
Cperp: Cặp mặt vuông góc nhau
Hình 1.5 Luật nhận dạng rãnh thông chữ nhật
Mặc dù hướng đi chỉ hạn chế với một phần mềm CAD mà nó được thiết kế nhưng nó có thê tiếp cận tới một thư viện lớn dé trích xuất đữ liệu Không chỉ trích xuất được những đữ liệu hình học mà nó có thé dé dang truy xuất tới các yêu cầu kỹ thuật như độ nhám, dung sai kích thước v.v Một ưu điểm khác của cách tiếp cận
này là mặc dù không mắt quá nhiều thời gian cho công việc xây dựng mô-đun thiết
Trang 28hầu như các nghiên cứu đã cơ bản nhận dạng được các đối tượng hình học 2.5D
[33] như mô tả ở Hình 1.6 nhưng vẫn còn hạn chế ở những đối tượng tạo hình sử
dụng phương thức gia công 3D hay nhiều trục Thực tế cũng cho thấy hiện nay việc chuyển đổi dữ liệu file CAD giữa các phần mềm CAD 3D hay nhận dạng các đối tượng tạo hình khá dễ dàng ngay cả với những biên dạng phức tạp tuy nhiên các mô-đun nhận dạng đối tượng gia công chỉ mới dừng lại ở các đối tượng 2.5D ví dụ trong CATIA chỉ có một mô-đun trợ giúp nhận dạng đối tượng gia công 2.5D (Prismatic Machining Preparation Assistant) [15]
DO! TUONG GIA CONG 2.5D
Đối tượng gia công chuyền tiếp
dạng cắt
| | |
[ Hốc ] [ Ram ) [ Bậc ) [ Lỗ ] [ve tran ) [vát mép]
Hình 1.6 Đối tượng gia công 2.5D cơ bản
Thêm vào đó, hầu như các nghiên cứu ở các phương pháp đều chỉ tập trung nhận dạng các đối tượng cắt chứ chưa tập trung nhiều vào đối tượng khối [20] Vấn đề các đối tượng cắt giao nhau hoặc đối tượng cắt giao nhau với đối tượng đảo cũng chưa được giải quyết hoặc chưa được giải quyết triệt để Họ chỉ giới hạn những đối tượng nhận dạng ở một số dạng giao nhau cơ bản và phổ biến Hơn thế nữa, vấn đề mối quan hệ giữa các đối tượng gia công và phương pháp gia công chưa được quan tâm đến một cách đầy đủ trong thuật toán nhận dạng Đó cũng chính là những hạn chế cơ bản đã được tác giả Alireza Mokhtar tổng hợp trong nghiên cứu của [12] Những hạn chế trên sẽ được đề cập đến và giải quyết cụ thể trong thuật toán nhận dạng cho phép nhận dạng không chỉ những đối tượng tạo hình 2.5D, 3D mà cả những đối tượng cần sử dụng phương thức gia công nhiễu trục với nhiều kiểu giao nhau phức tạp khác nhau
1.4 Lựa chọn dụng cụ cắt
Trang 29Lựa chọn dụng cu cắt l5
nay trong các phần mềm CAD/CAM thương mại vẫn chưa có một mô-đun nào hỗ
trợ người sử dụng trong việc lựa chọn dụng cụ cắt tương thích với từng loại đối
tượng gia công Như vậy, nhu cầu có một mô-đun cho phép lựa chọn dụng cụ cắt dưới sự hỗ trợ của máy tính là hết sức cần thiết đặc biệt là khi CSDL của dụng cụ cắt ở những nhà máy sản xuất là đa dạng và phong phú và tính tự động hóa và tích hợp của hệ thống ngày càng tăng, phù hợp sự biến động về số lượng và chủng loại dụng cụ cắt là thường xuyên Vấn đề lựa chọn dụng cụ cắt cũng thu hút được sự
quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước [4, 8, 56]
Mũi khoan/Mũi khoétMũi doa
Chủng loại Dao phay ngón/Dao phay mặt đầu dụng cụ cắt Liền khối/ răng chắp Trục gá dao Loại trục gá (Tool Holder) Kích thước trục gá Đường kính dụng cụ cắt Chiều dài dụng cụ cắt >| Dung cu cat Các góc độ của dụng cụ cắt Số răng Kích thước mảnh cắt Mảnh cắt <I Hình dáng mảnh cắt Đặc tính hình học của cạnh cắt Vật liệu cắt Hình 1.7 Các yếu tổ cơ bản cân xác định khi lựa chọn dụng cụ cắt 1.4.1 Lựa chọn chủng loại dụng cụ cắt
Tổng hợp các nghiên cứu trong nước, một số hệ thống CAPP áp dụng cho phương pháp tiện đã được xây dựng và vẫn đề lựa chọn dụng cụ cắt cũng đã được nêu ra như một bước phải tiến hành trong CAPP nhưng các tác giả chưa tập trung nghiên cứu chuyên sâu Tác giả Chu Đức Hòa đã xây dựng CSDL dụng cụ cắt trong
SQL server va mối quan hệ giữa các dữ liệu nhưng việc tra cứu dụng cụ cắt mới chỉ dừng ở việc tin học hóa việc lựa chọn dụng cụ cắt thủ công [8] Tác giả Nguyễn Phú
Trang 30cat dụng cụ nhưng phương pháp lựa chọn dụng cụ cũng chưa được đề cập cụ thể
l4: z z x
Công việc lựa chọn dụng cụ cắt được tiên hành qua nhiêu công đoạn nên nghiên
cứu trên thế giới cũng phát triển theo nhiều định hướng khác nhau B Arezoo đã xây dựng thành công hệ thống tự động lựa chọn dụng cụ cắt theo hệ chuyên gia EXCATTS [14] Hệ thống này đã xây dựng được một CSDL của nhiều hãng sản xuất dao cụ khác nhau và một hệ các luật lựa chọn tương thích với nhiều phương pháp gia công khác nhau trong tiện như tiện ngoài, tiện lỗ, tiện rãnh v.v Hệ thống có thể
dễ dàng phát triển, cập nhật với dữ liệu của riêng phù hợp với đặc thù sản xuất của
nhiều công ty Chế độ cắt khuyến cáo sẽ được đưa ra trên cơ sở những dụng cụ đã được lựa chọn Tiêu chí để của hệ thống lựa chọn đưa ra là số lượng dụng cụ cắt là nhỏ nhất, lựa chọn kích thước trục cán dao là lớn nhất, bán kính góc lượn là lớn nhất và kích cỡ của mảnh ghép là nhỏ nhất Những tiêu chí này được đánh giá rời rạc nên dẫn đến có những lựa chọn về mặt kinh tế đảm bảo nhưng về mặt chất lượng chưa chắc đã thỏa mãn
Phương pháp trí tuệ nhân tạo là mạng nơ ron đã được áp dụng để lựa chọn loại dụng cụ cắt trong nghiên cứu của S M Amaitik [43] trong hệ thống ST-FeatCAPP Mô hình mạng nơ ron với lớp đầu vào là loại đối tượng gia công, đặc điểm đóng/mở
hay kín/thông của đối tượng, tỉ lệ kích thước và đặc tính côn của đối tượng và lớp
đầu ra là hai mươi loại dụng cụ cắt khác nhau như dao phay mặt đầu, dao phay ngón, đao phay cầu v.v như mô tả ở Hình I.8
LỚP ĐÀU RA
Mũi khoan tâm Mũi khoan LỚP ĐẦU VÀO
Mũi khoét miệng vuông
Mũi khoét miệng loe
Dạng đơi tượng >) ¬
r Mũi doa
Đặc điểm của đối tượng >) Mai taro
Dao phay ngón đầu phẳng Tỷ lệ kích thước của đối tượng —-<` ( Dao phay ngón đầu cầu Độ côn của đối tượng ~~ Dao phay ngón vê góc
~ Dao phay mat dau
Phương pháp gia cơng ¬ ( Dao phay ren 11111111111111 | | | | | | | | CÁC LỚP ÁN | | | | | | Dao phay mặt lồi Dao phay mặt lõm
Hình 1.8 Cấu trúc mạng noron trong lựa chọn loại dụng cụ cắt
Trang 31Lựa chọn dụng cu cắt 17
động lựa chọn dụng cụ cắt như tư duy suy luận của bộ não người Tuy nhiên,
phương pháp lựa chọn này chỉ mới dừng lại ở việc lựa chọn sơ bộ loại dụng cụ cắt
chứ chưa cụ thê và chỉ tiết ví dụ như loại dao liền khối hay răng chắp, khi một loại đối tượng có nhiều phương án lựa chọn loại gia công khác nhau thì chưa có hình thức đánh giá lựa chọn phương án ưu tiên
Tác giả Abdelilah phát triển một phương pháp tự động lựa chọn dụng cụ cắt cho quá trình phay dựa trên đối tượng gia công chứ không phải là tương thích với
phương pháp gia công [10] Họ đã xây dựng CSDL dụng cụ cắt của Sandvik và kết
quả lựa chọn của họ cũng là gồm một danh sách các dụng cụ với nhiều loại khác
nhau có thể phù hợp với đối tượng gia công đó chứ chưa đánh giá được loại dụng cụ nào tốt hơn trong số các loại dụng cụ đó Tác giả D Vukelica cũng thành công khi xây dựng một hệ thống lựa chọn tất cả các loại dụng cụ cắt theo một vài tiêu chí được lựa chọn trước [50] Nhìn chung, hạn chế lớn nhất của các hệ thống lựa chọn dụng cụ cắt trên là chưa tìm ra được phương pháp đánh giá loại dụng cụ nào tốt hơn trong một số các loại dụng cụ phù hợp với một đối tượng gia công nào đó Điều này dẫn đến những bối rối cho người sử dụng trong việc quyết định loại dụng cụ nào thích hợp hơn cả
Từ những phân tích các hướng nghiên cứu kể trên, rõ ràng một phương pháp lựa chọn dụng cụ cắt cho phép đánh giá được toàn diện nhiều tiêu chí như chất lượng,
giá thành, khả năng bóc tách phoi v.v là hết sức cần thiết Một thứ tự lựa chọn ưu
tiên các loại dụng cụ cắt cũng nên được đưa ra để trợ giúp ra quyết định cho người
kỹ sư Việc đưa ra quyết định với chỉ phí thấp nhất đôi khi sẽ thiếu thiết thực vì nó
bỏ qua các nhân tố định tính Phương pháp phân tích thứ bậc đa tiêu chí theo hướng linh hoạt được phát triển và sử dụng trong luận án để lựa chọn loại dụng cụ cat cho phép đánh giá toàn diện các tiêu chí nhưng vẫn đảm bảo thời gian xử lý nhanh trong
một CSDL lớn
1.4.2 Lựa chọn kích thước dụng cụ cắt
Trang 32dụng cụ cắt tối ưu có thời gian gia công nhỏ nhất Theo hai phương pháp này sẽ mất khá nhiều thời gian nếu có nhiều loại dụng cụ với các kích thước khác nhau trong
thư viện dụng cụ cắt
1.5 Thiết lập thứ tự nguyên công
Thiết lập thứ tự nguyên công là một trong những bước quan trọng nhất của CAPP cũng cần được thiết lập dưới sự trợ giúp của máy tính Việc thiết lập thứ tự nguyên công không chỉ đảm bảo chỉ phí gá đặt và gia công tối ưu mà còn phải thỏa mãn các yêu cầu ràng buộc thứ tự Lập thứ tự nguyên công được tiến hành tự động không chỉ đảm bảo tính chính xác cao trên cơ sở tính toán mà còn đảm bảo thời gian
thiết lập nhanh
Tối ưu hoá thứ tự nguyên công đã được nhiều tác giả ở trong và ngoài nước tập trung nghiên cứu Nhiều phương pháp đã được áp dụng và đã đạt được nhiều kết
quả nhất định.Tác giả Nguyễn Phú Hoa đã xây dựng phương pháp thiết kế QTCN
gia công cắt gọt có trợ giúp của máy tính [4] Trong nghiên cứu của mình, tác giả đã phát triển mô hình tối ưu hóa QTCN bằng phương pháp ma trận chỉ phí gia công cực trị với mục tiêu đảm bảo chi phi gia công là nhỏ nhất Một ví dụ về tối ưu hóa
QTCN cho chỉ tiết tiện đã được tác giả đưa ra để mô tả phương pháp Mặc đù, tác
giả đã xây dựng được mô hình tối ưu hóa cho phép lựa chọn phương án thiết lập QTCN tối ưu trong các phương án khả thi nhưng chưa đề cập tới phương pháp thiết lập các ràng buộc thứ tự giữa các bước/NC Tác giả Vương Sĩ Kông đã phát triển hệ thống thiết kế QTCN có sự trợ giúp của máy tính cho chỉ tiết dạng càng [9] Trong
nghiên cứu, tác giả đã áp dụng phương pháp CAPP khả biến để tự động thiết lập
QTCN trên cơ sở QTCN của chi tiết đại diện được thiết lập sẵn Do đó, khả năng
hình thành nhiều phương án khả thi và tối ưu hóa phương án bị hạn chế Tác giả Trần Anh Vàng đã phát triển thuật toán đàn kiến để tối ưu hoá thứ tự gia công trên cơ sở tối ưu hoá chi phí vận chuyển [7] Kết quả cho thấy, thuật toán đàn kiến có khả năng xử lý nhanh hơn so với thuật toán gen
Nhiều nghiên cứu về lĩnh vực này đã được công bố trên thế giới và khá nhiều
Trang 33Thiết lập thứ tự nguyên công 19
thứ tự nguyên công trên cơ sở tối ưu thời gian di chuyển giữa các đối tượng sao cho
nhỏ nhất Tác giả A G Krishna đã sử dụng thuật toán đàn kiến để tối ưu hóa thứ tự
nguyên công trên cơ sở tối ưu chỉ phí gia công là nhỏ nhất [25] Hạn chế của phương pháp này là thời gian xử lý và giải thuật phức tạp A Mokhtar trong nghiên cứu của mình, không đề cập đến vấn đề tối ưu thứ tự nguyên công nhưng xây dựng khá nhiều ràng buộc về thứ tự gia công của những đối tượng gia công 2.5D có giao nhau [35] Kết quả của tác giả tuy chỉ dừng lại ở các đối tượng 2.5D nhưng rất đáng quan tâm và nên được kế thừa luận án này
Với mục tiêu thiết lập thứ tự nguyên công cho QTCN linh hoạt mà ở đó mỗi nguyên công có nhiều phương án lựa chọn máy, dụng cụ cắt hay phương án gá đặt, tác giả W D Li đã sử dụng thuật toán tìm kiếm Tabu và hiệu quả đã được kiểm nghiệm qua một số truong hop vi du [51] Điểm khác biệt của nghiên cứu là phạm vi 4p dụng mở rộng với QTCN linh hoạt khi mà có nhiều phương án lựa chọn khác nhau cho máy, dụng cụ cắt và phương án gá đặt Tương tự như vậy, thuật toán đản kiến đã được tác giả Xiao-jun Liu sử dụng để thiết lập thứ tự nguyên công cho QTCN tối ưu trên cơ sở đánh giá chi phí gia công [54] Thông qua một số so sánh, kết quả chỉ ra rằng thuật toán đàn kiến mà tác giả Xiao-jun Liu rút ngắn thời gian xử lý hơn so với thuật toán tìm kiếm Tabu Tương tự như vậy, tác giả X Y Li xây dựng thành công mô hình thiết kế QTCN sản xuất linh hoạt bằng thuật toán gen
[52]
Nhìn chung những nghiên cứu trên thé giới đã đạt được những kết quả khá thành công trên lĩnh vực này Những thuật toán tối ưu hóa về cơ bản đã thành công khi đưa ra được thứ tự nguyên công tối ưu theo một tiêu chí về thời gian hay giá thành Hiệu quả của việc sử dụng trí tuệ nhân tạo đã khá rõ rệt nhưng một số phương pháp cũng có hạn chế về thời gian thực thi và xuất hiện những điểm tối ưu cục bộ Hơn thế nữa, để áp dụng những thuật toán này đòi hỏi kiến thức công nghệ thông tin chuyên sâu mà khả năng hiệu chỉnh sử dụng, thân thiện với người sử dụng lại không cao Do đặc thù nhất định của việc thiết lập thứ tự gia công là nó có nhiều ràng buộc thứ tự gia công và số lượng của các bước/NC không nhiều nên khi đưa ra các luật thiết lập hợp lý có thể cho phép loại bỏ được nhiều thứ tự nguyên công không hợp lý ngay từ đầu và do đó giảm thiểu thời gian xử lý Với phân tích như vậy, phương pháp chọn lọc ghép nhóm đã được xây dựng trong luận án để thiết lập thứ tự
nguyên công Phương pháp này cho phép thiết lập thứ tự gia công với chi phí nhỏ
Trang 34Kết luận chương 1
Sau những phân tích và đánh giá cụ thể về tình hình nghiên cứu trong và ngoài
nước về thiết kế QTCN có sự trợ giúp của máy tính nhằm khẳng định tính cấp thiết
và định hướng nghiên cứu cho đề tài, có thể rút ra một số kết luận cơ bản như sau: 1 Các phương pháp nhận dạng đối tượng gia công mới chỉ dừng lại ở những
thông tin hình học cơ bản chứ chưa bao gồm đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và các mối quan hệ giao nhau là cơ sở quan trọng của việc thiết lập quy trình công nghệ
Các phương pháp nhận dạng đối tượng chỉ chủ yếu giới hạn ở các đối tượng dạng cắt 2.5D với khả năng mở rộng sang các dạng đối tượng khác bị hạn chê
Các phương pháp lựa chọn dụng cụ cắt chưa được đánh giá toàn diện nhiều tiêu chí và không phù hợp với một hệ CSDL lớn bao gồm nhiều chủng loại và kích thước dụng cụ cắt
Các phương pháp thiết lập thứ tự nguyên công còn hạn chế về tính phức tạp của phương pháp và thời gian xử lý
Hệ thống CAPP khả sinh cho phép mở rộng khả năng tương tác với người sử dụng, được tích hợp với các phần mềm CAD thương mại để phù hợp với tính chất phức tạp của công việc thiết lập QTCN là xu hướng phát triển hiện nay Những kết luận trên đây là cơ sở khoa học cho việc xác định mục đích, nội dung, đối tượng và phương pháp nghiên cứu của luận án “Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chỉ tiết trên máy phay
Trang 35Sơ đồ thực hiện 21
2_ CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP NHẠN DẠNG ĐÓI TƯỢNG GIA CÔNG
Việc nhận dạng đối tượng gia công được xem như cầu nối quan trọng giữa CAD và CAPP Kết quả của việc nhận dạng đối tượng gia công sẽ là đầu vào của hệ thống CAPP Mô-đun này không chỉ nhận dạng ra loại đối tượng gia công với đầy đủ các thông số hình học cơ bản mà còn cần có các yêu cầu kỹ thuật cần thiết để
phục vụ cho bước thiết kế QTCN
2.1 Sơ đồ thực hiện
Vị trí của bước trích xuất và nhận dạng đối tượng gia công được thể hiện ở ba bước đầu tiên trong sơ đồ các bước thiết lập quy trình gia công một chỉ tiết được phát triển trong luận án (Hình 2.1) Xuất phát từ dữ liệu đầu vào gồm bốn yếu tố: mô hình vật thể rắn 3D cùng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản, thông tin về vật liệu gia công, dạng sản xuất, phương pháp chế tạo phôi và xử lý nhiệt và xác định kích
thước phôi, thông qua hệ thống trợ giúp thiết lập QTCN sẽ hình thành nên kết quả
đầu ra gồm hai phiếu cơ bản là phiếu dụng cụ cắt và phiếu công nghệ chỉ dẫn gia công Trong sơ đồ tông thể của hệ thống như vậy, quá trình trích xuất và nhận dạng gồm ba bước cơ bản:
Bước đầu tiên là phải tách biệt các đối tượng vẽ phác thành các đối tượng riêng
lẻ Sở dĩ phải phân tách như vậy vì một đối tượng tạo hình như dạng khối kéo (Boss-Extrude), dạng cat kéo (Cut-Extrude), dang khối quét (Sweep) v.v được thiết kế trong các phần mềm CAD có thể xuất phát từ một hay nhiều các đối tượng vẽ phác (Sketch)
Bước thứ hai sẽ là trích xuất ra các yêu cầu kỹ thuật liên quan đến chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công tương ứng (bước 2a), các thông tin thiết kế của mỗi đối tượng (bước 2b), kích thước cơ bản của đối tượng (bước 2c) cùng các đặc tính giao nhau cua nó (bước 2d)
Quá trình nhận dạng đối tượng gia công (bước 3) sẽ được thiết lập trên cơ sở các dữ liệu trích xuất đó Một quá trình nhận dạng phương pháp gia công trên cơ sở các luật được xây dựng dựa vào đối tượng gia công đã nhận dạng và các yêu cầu kỹ thuật liên quan đến quá trình gia công ở các bước tiếp sau
Trang 36phan mém quan lý dữ liệu chuyên nghiệp Sau khi đã nhận dạng đối tượng gia công cho từng đối tượng tạo hình, ta đã xây dựng được kết nối tự động giữa CAD và
CAPP Các mô-đun trong CAPP sẽ sử dụng dữ liệu đầu vào này để tiến hành các
bước xử lý tiếp theo như lựa chọn máy, dụng cụ cắt hay thứ tự gia công để cho phép xuất kết quả đầu ra của hệ thống là các phiếu công nghệ chỉ dẫn cho quá trình gia công Vật liệu gia công Mô hình CAD 3D trong Phương pháp chế tạo phôi và xử lý nhiệt 1 Buys 2b Bước 2c Bước 2d Độ nhám bề mặt
Trích xuất các t các thông Trích xuất các Trích xuất các
Độ chính xáo gia công yêu cầu kỹ tin thiết kế cho mỗi Kren nec om aac nae
thuat đôi tượng tạo hình tượng tượng Các mặt chuẩn Bước 3 Nhận dạng các đôi tượng gia công bằng các luật nhận dạng Nhận dạng sơ bộ
phương pháp gia công
thư viện máy)
;_ Dụng cụ cất (Tương Lựa chọn máy/dao cho từng đối
+_ ứng với thư viện dao) tượng gia công c Nhận dạng chính xác phương pháp gia công Phiếu dụng cụ cắt Phiếu công nghệ chỉ' dẫn gia công
Hình 2.1 Sơ đồ các bước thiết lập quy trình gia công
2.2 Phân loại các đối tượng gia công
Mỗi đối tượng gia công sẽ có những phương pháp gia công hay lựa chọn trang bị
công nghệ (máy, dụng cụ cat) khác nhau Do vậy, việc phân loại đối tượng gia công
Trang 37Phân loại các đối tượng gia công 25
công dạng cắt 2.5D [33, 23, 36] đã được xây dựng nhưng chưa nhiều nghiên cứu nào tập trung phân loại các đối tượng gia công dạng khối, dạng đảo Luận án đã mở rộng phân loại về đối tượng gia công đã đề xuất trong các nghiên cứu trước để hình thành nên một cách phân loại chi tiết và cụ thể hơn đặc biệt là với các đối tượng dạng khối và dạng đảo Hình 2.2 mô tả 8 nhóm đối tượng gia công cơ bản với các đặc điểm tạo hình tương ứng của từng nhóm đối tượng Cơ sở của việc phân loại theo đặc điểm tạo hình này là dựa vào phương pháp gia công và hướng tiếp cận gia công ở trong hay ngoài, theo một hay nhiều hướng Từ những đặc điểm đó, mỗi nhóm đối tượng gia công cơ bản lại được phân nhóm thành các đối tượng gia công cụ thể như mô tả ở Hình 2.3 Trong cách phân loại này, đặc tính đảo của đối tượng thể hiện rất rõ vì nó có ảnh hưởng lớn tới việc lựa chọn phương pháp gia công và dụng cụ cắt do đặc tính này sẽ làm thay đổi bản chat của đối tượng gia công
ĐÓI TƯỢNG GIA CÔNG TÊN GỌI ĐÓI TƯỢNG Mặt chuyền tiếp Có đảo - Ren ˆ - Không đảo - Không ren - Côn - Không côn ~ Thành mỏng ~ Liên tục ~ Một hướng - Đa hướng - Vat mép - Vé tron
DAC DIEM TAO HINH
Đối tượng đã được định nghĩa Đối tượng mới được định nghĩa trong luận án
Hình 2.2 Phân loại các đối tượng gia công theo đặc điểm tạo hình
ĐÓI TƯỢNG GIA CÔNG | | ị | | | = MẠT
nana] KHOI | ĐÀO ] BE MAT ) CHUYEN TIEP ]
Ranh Hoc kín không Khoi đa Đảo đa sứ 'Vát mép
kín | thông } hướng hướng bo g0 1G ngoài Khối một hướng Đảo một hướng Rãnh hở 1 dau Hốc kín thông đun ï
Đối tượng đã được định nghĩa
Đối tượng mới được định nghĩa trong luận án
Hình 2.3 Các loại đối tượng gia công
Trang 38Với các đối tượng gia công dạng khối và dạng đảo, việc phân loại chủ yếu dựa trên hướng chạy đao tự do, theo một hướng hay bị tách biệt Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định cụ thé vi trí tiép can dung cu cắt vì nó ảnh hưởng khá nhiều đến thời gian gia công Với các bề mặt cũng cần phải phân biệt bề mặt liên tục hay gián đoạn vì ảnh hưởng đến việc chọn dụng cụ cat dé dam bao luc cat không ảnh hưởng tới đối tượng gia công do độ cứng vững của chỉ tiết thấp
Không chỉ phân loại chỉ tiết các đối tượng gia công mà việc xác định phương thức gia công (2.5D/3D hay nhiều trục) tương ứng với mỗi đối tượng gia công cũng có ý nghĩa hết sức quan trọng đặc biệt với việc lựa chọn phương pháp gia công và các trang bị công nghệ như máy và dụng cụ cắt Hình 2.4 là ví dụ một số đặc điểm tạo hình đặc thù là cơ sở để lựa chọn phương thức gia công tương ứng Cơ sở của việc phân loại các đối tượng theo phương thức gia công này là đặc điểm tạo hình của mặt đáy và đường sinh hay đặc điểm vát của đối tượng
PHƯƠNG THỨC GIA CÔNG 3D (4D/5D)
Vat am hoac vat đa hướng
Đường sinh hướng âm ) Không vát Đáy phẳng ) Vát dương Đáy không phẳng _] Đường sinh thẳng ) Đường sinh hướng dương )
Hình 2.4 Đặc điểm của các phương thức gia công
Trong các phần mềm CAD 3D, người ta thường phân hai loại đối tượng tạo hình dạng thuộc tính (feature) là đối tượng tạo hình dạng vẽ phác và đối tượng tạo hình dạng thiết lập đặc tính, vị trí như mô tả ở Hình 2.5
ĐÓI TƯỢNG TẠO HÌNH DẠNG
/| THIET LẠP ĐẠC TÍNH, VỊ TRÍ
Dạng khối kéo Dạng khối tròn xoay Dạng khối quét Dạng khối đa diện Dạng vêtròn Dang vatmép Dạng vát
Boss-Extrude/Extrusion Revolve/Extrusion Sweep/Extrusion Loft/Extrusion Fillet Chamfer Draft
8 west aae
Dang cat kéo Dạng cắt tròn xoay Dạng cắt quét Dang cat đa diện Dạng lỗ Dạng đối xứng Dạng đa mẫu
Cut-Extrude Cut-Revolve Cut-Sweep Cut-Loft HoleWzd Mirror Pattern
8 6 © RR @& Bit
Trang 39Quá trình trích xuất và nhận dạng đối tượng tạo hình dạng vẽ phác 25
Với đối tượng tạo hình dạng vẽ phác thì cơ sở của việc tạo hình là các hình vẽ phác được tao ra trên các bề mặt đã có sẵn của chỉ tiết hay các mặt phẳng tham chiếu Còn các đối tượng tạo hình dạng thiết lập đặc tính, vị trí thì không cần thiết phải tạo ra các hình vẽ phác mà nó hình thành bằng cách xác định vị trí và thông số cơ bản của đối tượng Chính do cách thức tạo hình khác nhau nên việc trích xuất và nhận dạng cũng khác nhau giữa các đối tượng này
2.3 Quá trình trích xuất và nhận dạng đối tượng tạo hình dạng vẽ phác
Luận án đã đề xuất ra một phương pháp nhận dạng đối tượng gia công mới trên cơ sở các luật từ bảy dữ liệu cơ bản kết hợp với CSDL thống nhất với các đối tượng
2.5D, 3D và nhiều trục, đồng thời tương thích với cả đối tượng dạng cắt và dạng khối 2.3.1 Quá trình trích xuất dữ liệu với trường hợp đối tượng tạo hình dạng vẽ phác Quá trình trích xuất và nhận dạng với đối tượng tạo hình dạng vẽ phác có thê mô tả như Hình 2.6 1 Q TRÌNH TRÍCH XT DỮ LIỆU TỪ MỖI ĐÓI TƯỢNG TẠO HÌNH DẠNG VẼ PHÁC (SOLIDWORKS) I v Ỷ Ỷ Ỷ Ỷ Ỳ
Loại đối Dạng vẽ phác Ì ( Hướng vẽ phác Ì ( Dạng điều kiện Dạng vát Dang dao (IT Hướng mở của
tượng (FT) (ST) (SM) bao (CT) (DT) ang đảo (ÍT) | đói tượng (DM)
T T T T T T
2 QUÁ TRÌNH NHẠN DẠNG ĐÓI TƯỢNG GIA CÔNG TRÊN CƠ SỞ CÁC LUẬT Đóng/Mở Thông/Kín
+ Phương thức gia + Khối
công 2.5D, 3D hay + Đảo Hình chữ nhật/Hình tròn/Biên dạng tự do
4D/5D + Khối cơ sở
+Lỗ Vê tròn/Vát mép + Đối tượng chuyển
tiếp Ren/Không ren Ỷ
3 LƯU DỮ LIỆU VÀO SQL SERVER CHO BƯỚC XỬ LÝ TRONG BKCAPP
Hình 2.6 Lược đồ mô tả quá trình nhận dạng đối tượng tạo hình dạng sketch
Với mỗi đối tượng tạo hình được thiết kế, cần trích xuất ra bảy loại dữ liệu khác nhau bao gồm có loại đối tượng (FT), dạng vẽ phác (ST), hướng vẽ phác (SM),
dạng điều kiện bao (CT), dạng vát (DT), dạng đảo (TT) và hướng mở của đối tượng
Trang 40cách dùng các ki tu abc Dữ liệu mã hóa tương ứng với bảy loại dữ liệu được mô tả cu thé trong Bang 2.1 Bang 2.1 Thông tin mã hóa dữ liệu hình hoc
- Loại đối Dạng Hướng | Điêu kiện Dang: | Dang dao Hướng Tờ
Mã trựng ED sketch sketch bao vat (DT) (TT) của đôi
du (ST) (SD) (CT) tượng (DM)
Cất kéo : ` Đường | Kínkhông | Không | Không g n không ông ông có có | ,
a Tn vuông øóc thông vat dao Cine tues
Cat quét wa Duong ` TA „ Đảo cao : , ,
b Chữ nhật mhiÿng Kín thông | Vát+ hơn Khác hướng
Cất tròn xoay Dang bac | Duong | Khong thong vat- | Dao bin
© thang tron | - hé 1 huéng ũ
d Catda-dign Dang da ite Không thông | Vát hỗn | Đảo thấp
fF canh aon sình - hở 2 hướng| hợp hơn
Khôi kéo Đường pc Se
e iz Dang spline saline - ho nhiéu
huong
Khôi quét [ni phat ve] PYE | Thong he 1