Trình bày tổng quan về thiết kế công nghệ gia công cơ khí có trợ giúp máy tính (CAP, CAPP). Công nghệ nhóm. Xây dựng phần mềm thiết kế công nghệ nhóm cho chi tiết dạng càng. Trình bày tổng quan về thiết kế công nghệ gia công cơ khí có trợ giúp máy tính (CAP, CAPP). Công nghệ nhóm. Xây dựng phần mềm thiết kế công nghệ nhóm cho chi tiết dạng càng.
Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi - - Vương sĩ kông Thiết kế công nghệ khí có trợ giúp máy tính ứng dụng công nghệ nhóm Chuyên ngành: công nghệ chế tạo máy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Trần xuân việt Hà nội 2006 -3- Cộng hòa xà hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tù - H¹nh - Lêi cam đoan Tôi là: Vương Sĩ Kông Nơi công tác: Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đề tài nghiên cứu: Thiết kế công nghệ khí có trợ giúp máy tính ứng dụng công nghệ nhóm Tôi xin cam đoan kết trình bày luận văn nghiên cứu vµ thùc hiƯn díi sù híng dÉn cđa PGS TS Trần Xuân Việt Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu khác Hưng Yên, ngày 06 tháng 10 năm 2006 Người viết Vương Sĩ Kông -4- mục lục Lời cam đoan T 24T Môc lôc T 24T Danh mơc c¸c ký hiƯu, c¸c chữ viết tắt T T Danh môc bảng T 24T Danh môc hình vẽ, đồ thị T T Mở đầu T 24T Ch¬ng I - Tỉng quan vỊ thiÕt kế công nghệ gia công khí có trợ giúp m¸y tÝnh (CAP, CAPP) 12 T T T 1.1 Tỉng quan vỊ thiÕt kế công nghệ gia công khí 12 T T 1.2 Yªu cầu kinh tế kỹ thuật 14 T T 1.3 Yếu tố kỹ thuật, thời gian không gian 15 T T 1.4 Tiến trình chế tạo chi tiết c¬ khÝ 18 T T 1.5 Néi dung thiÕt kế công nghệ chế tạo chi tiết khí 20 T T 1.6 Nh÷ng néi dung thiÕt kÕ chÝnh 23 T T 1.6.1 Xác định kích thước phôi 23 T T 1.6.2 Xác định thứ tự gia công 24 T T 1.6.3 Thiết kế nguyên công 26 T T 1.6.3.1 Xác định phương pháp gia c«ng 26 T T 1.6.3.2 Chọn máy công cô 27 T T 1.6.3.3 Xác định bước công nghệ 27 T T 1.6.3.4 X¸c định chế độ cắt 28 T T 1.6.3.5 Định mức thời gian gia công 31 T T 1.6.3.6 Xác định số lượng máy thợ cần thiết 31 T T 1.7 Các phương pháp thiết kế công nghệ c¬ khÝ 32 T T 1.8 Biện pháp tăng suất giảm giá thành chế tạo chi tiết 34 T T 1.9 So s¸nh phương án công nghệ 35 T T -5- 1.10 Thiết kế công nghệ khí máy tính 38 T T Chương II - công nghệ nhóm 51 T T 2.1 Cơ sở công nghệ nhãm 51 T T 2.2 Ph©n nhãm chi tiÕt gia c«ng 54 T T 2.3 LËp tiến trình công nghệ nhóm 58 T T 2.4 Đồ gá gia công nhóm 64 T T Chương III - xây dựng phần mềm thiết kế công nghệ nhóm cho chi tiết dạng 67 T T T 3.1 øng dơng tin häc viƯc xây dựng phần mềm thiết kế 67 T T 3.2 CÊu tróc d÷ liƯu thuật giải thiết kế quy trình công nghệ 68 T T 3.2.1 Ph©n loại mà hoá chi tiết dạng Biên/Càng 68 T T 3.2.2 Xây dựng thuật giải cho chi tiết dạng Biên/Càng 79 T T 3.2.2.1 ThuËt gi¶i ghÐp nhãm chi tiÕt 79 T T 3.2.2.2 Thuật giải xác định chi tiết së (CTCS) 79 T T 3.2.2.3 Thuật giải xây dựng chi tiết đại diện (CTĐD) 79 T T 3.2.2.4 Xây dựng phương pháp gia công chi tiết đại diện 81 T T 3.2.2.5 X©y dùng trình tự gia công chi tiết đại diện 81 T T 3.3 Chương trình ghép nhóm chi tiết dạng Biên/Càng 84 T T KÕt luËn chung 90 Tài liệu tham khảo 91 -6- Danh mục ký hiệu, chữ viết t¾t TT Ký hiƯu Néi dung cad Computer Aided Design cam Computer Aided Manufacturing cap Computer Aided Planning capp Computer Aided Process Planning cim Computer Intergrated Manufacturing cnc Computerised Numerical Control fms Flexible Manufacturing Systems gt Group Technology ctcs Chi tiÕt sở 10 Ctđd Chi tiết đại diện 11 ppgc Phương pháp gia công 12 pthd Phần tử hình dạng -7- Danh mục bảng Số bảng Nội dung trang 1.1 Các phương thức thiết kế công nghệ khí 39 2.1 Ví dụ gia công nhóm máy tiện vạng 60 2.2 Ví dụ gia công nhóm máy tiện Rêvônve 61 2.3 Ví dụ gia công nhóm máy khoan 62 2.4 Ví dụ gia công nhóm máy phay 63 3.1 Hệ thống phân loại PTHD chi tiết Biên/Càng 72 3.2 Phân loại chi tiết dạng Biên/Càng 74 3.3 Các PPGC PTHD chi tiết dạng Biên/Càng 83 -8- Danh mục hình vẽ, đồ thị Số hình Nội dung trang 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Mèi quan hƯ t¬ng đồng theo trục Ma trận phương án công nghệ Sơ đồ khối phương án công nghệ Giản đồ thứ tự gia công (Graph) Quan hệ giá thành G i sản lượng chế tạo N Sơ đồ tổng quát phương thức thiết kế công nghệ khí ứng dụng kỹ thuật tin học Quan hệ tương tác Người-Máy khâu chuẩn bị kỹ thuật sản xuất Tổng qu¸t vỊ øng dơng kü tht tin häc chn bị công nghệ khí Các giai đoạn thiết kế công nghệ khí ứng dụng kỹ thuật tin học Các chi tiết gia công công nghệ nhóm Sơ đồ phân nhóm chi tiết gia công theo loại thiết bị tác giả mitrophanop Tiến trình công nghệ ứng với nhóm chi tiết gia công thuộc khối 1, 2, Xây dựng chi tiết đại diện cho nhóm chi tiết cần gia công 1, 2, 3, Đồ gá điều chỉnh cho nhóm chi tiết biên Thuật toán ghép nhóm chi tiết Biên/Càng Giao diện sau khởi động chương trình Menu Xử lý tệp Menu Loại chi tiết Menu Trợ giúp Giao diện nhập liệu chi tiết Kết xác định chi tiết sở Kết xác định chi tiết đại diện Phương pháp gia công chi tiết đại diện Trình tự gia công chi tiết đại diện 16 24 25 25 37 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 R R 40 43 44 45 51 55 57 58 66 80 84 85 85 86 86 87 88 88 89 -9- Mở đầu Ngành chế tạo máy từ lâu đà tự khẳng định vai trò quan trọng nỊn kinh tÕ thÕ giíi Ngay tõ nỊn sản xuất vật chất người khí hóa để dần thay lao động động bắp công nghệ chế tạo máy đà phần tất yếu cách mạng Trong ngành chế tạo máy đại, để sản phẩm làm có sức cạnh tranh vấn đề nâng cao độ xác sản phẩm, giảm thời gian thiết kế chế tạo, giảm chi phí cho nhân công đào tạo, nghiên cứu thị trường, có chiến lược kinh doanh hợp lý, v.v Để có sản phẩm khí hoàn chỉnh, theo truyền thống phải trải qua nhiều công đoạn với công đoạn thiết kế sản phẩm thiết kế công nghệ chế tạo phụ thuộc vào người thiết kế đào tạo chuyên sâu Độ xác sản phẩm khí lại phụ thuộc vào tay nghề người thợ đứng máy máy công cụ vạn sử dụng Nếu người thiết kế chế tạo không chuyên nghiệp thời gian để sản phẩm đời rút ngắn được, chi phí cho khâu trung gian không hợp lý đội giá thành sản phẩm, dẫn đến sức cạnh tranh sản phẩm thị trường không cao Như vậy, theo truyền thống giá trị hàng hóa giá trị sử dụng sản phẩm khí phụ thuộc nhiều vào nhân công - người trực tiếp tác động đến trình đời sản phẩm Với hỗ trợ khoa học kỹ thuật đại, công nghệ chế tạo máy đà có đột phá mang tính cách mạng Đó diện máy tính điện tử, kỹ thuật điều khiển tự động, máy công cụ CNC có độ xác cao rôbốt công nghiệp Những nhân tố đà mang lại cho ngành chế tạo máy diện mạo mới, với tính hiệu quả, kinh tế, xác, linh hoạt nâng cao cách rõ rệt Một lý khiến ngành công nghệ chế tạo máy đại có ưu điểm đà nêu ngêi ®· biÕt øng dơng kü tht tin - 10 - học thiết kế chế tạo sản phẩm khí Đó kỹ thuật CAD/CAM, CAD (Computer Aided Design) máy tính trợ giúp thiết kế, CAM (Computer Aided Manufacturing) máy tính trợ giúp chế tạo Kỹ thuật đà giúp nhà thiết kế chế tạo sản phẩm giảm khối lượng công việc, lực lượng lao động trực tiếp giảm, suất lao động tăng nhờ bước tự động hóa trình sản xuất dẫn đến nâng cao chất lượng hạ giá thành sản phẩm Ngày nay, hệ thống CAD/CAM-CNC tích hợp phát triển nhanh chóng với hỗ trợ đắc lực công nghệ thông tin Trong lĩnh vức khí, đà tạo nên liên thông từ trình thiết kế chế tạo Những phần mềm CAD/CAM tích hợp sử dụng phỉ biÕn hiƯn nh Mastercam, Cimatron, Solidedge, Pro/Engineer, CATIA/AutoNC , v.v Việt Nam, năm gần việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM thiết kế, chế tạo sản phẩm công nghiệp nói chung sản phẩm khí nói riêng quan tâm nhằm bắt kịp xu hướng phát triển thời đại, quan trọng nâng cao lực cạnh tranh sản xuất nước nhà, đẩy mạnh tiến trình công nghiệp hóa - đại hóa đất nước Tuy nhiên, điều kiện kinh tế trình độ khoa học kỹ thuật nước hệ thống CAD/CAM-CNC đồng phần lớn dạng mô hình Để cho thực trở thành công cụ hữu ích sản xuất khí nước nhà phải đẩy mạnh việc nghiên cứu để nhanh chóng làm chủ công nghệ phát triển ứng dơng thùc tÕ s¶n xt cho cã hiƯu quả, hướng tới sản xuất khí đại với hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems) sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing) ë møc ®é tù ®éng hãa cao Khi khëi xướng công công nghiệp hóa - đại hóa đất nước, Đảng Nhà nước đà nhận định phải tắt, đón đầu lĩnh vực Khoa học Công nghệ nhằm sớm đưa nước ta trở thành nước công nghiệp, - 11 - phấn đấu trở thành nước công nghiệp - NICs (New Industry Countries) Nhiệm vụ đặt lên ngành Khoa học - Kỹ thuật nước nhà, có ngành Chế tạo máy Nhận thức nhiệm vụ trên, số nhà khoa học thuộc lĩnh vực khí nước ta nhiều năm qua đà dày công nghiên cứu vấn đề rộng khó Vấn đề xem yếu tố quan trọng để cấu thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS sản xuất tích hợp CIM việc ứng dụng công nghệ nhóm GT (Group Technology) trình thiết kế công nghệ khí có trợ giúp máy tính CAPP (Computer Aided Process Planning) Các công trình nghiên cứu vấn đề đà đạt kết định xứng đáng trân trọng, chưa triệt để toàn diện Tuy nhiên, vấn đề khó không nước ta mà nước khác, kể nước công nghiệp phát triển; nơi mà thành tựu Khoa học - Công nghệ họ đà làm thay đổi giới Như vậy, lời giải cho vấn đề chưa hoàn thiện rộng mở cho quan tâm đến vấn đề mẻ Những nhận định lý mục đích nghiên cứu đề tài Thiết kế công nghệ khí có trợ giúp máy tính - ứng dụng công nghệ nhóm Với đề tài trên, khuôn khổ luận văn đề cập đến nội dung sau: Chương I: Tổng quan thiết kế công nghệ gia công khí có trợ giúp máy tính (cap, capp) Chương II: Công nghệ nhóm Chương III: Xây dựng phần mềm thiết kế công nghệ nhóm cho chi tiết dạng - 77 - Các chi tiết dạng Biên/Càng Càng có lỗ với đường B 0,05 13 ±0,2 R10 14 R16 A 28 1x45° Ø36 có lỗ dầu Chi tiết có mặt ỉ10 ỉ20 +0,04 125 Càng có lỗ với đường A Ø40 1x45° 2,5 150 Ø20 A 0,1/100 15 +0,08 22 hàng Chi tiết có mặt 0,1 A 0,1/100 ỉ12 ỉ8 Càng có lỗ với đường 0,1 45 40 R Z 20 tâm lỗ song song với nhau, lỗ vát mép, đường R Z 20 A 40 0,05 13 B tâm lỗ thẳng hµng Chi tiÕt 1,25 B A R30 +0,025 Ø38 ±0,5 có mặt phẳng đối xứng +0,02 ỉ25 2,5 R40 0,5 140 Càng có lỗ với đường ±0,02 1x45° +0,2 0,01 A 0,05 B 0,05 B 0,05 C R Z 10 R Z 10 250,02 tâm lỗ thẳng hàng Chi tiết 1,25 1,25 A C +0,5 R30 0,01 R4 ỉ38 B 13 50 R4 lỗ vát mép, đường có mặt phẳng đối xứng R4 140 Mô tả +0,07 M4x0,2 phẳng đối xứng tâm lỗ song song với nhau, ỉ8 10 Càng có vấu với lỗ ỉ25 R Z 20 25 +0,05 tâm lỗ song song với ren, đường tâm lỗ thẳng +0,15 M4x0,2 ỉ24 2,5 phẳng đối xứng A R Z 10 R Z 10 hàng, lỗ vát mép, B 2x45 R Z 10 Các đường tâm lỗ thẳng 0,05 20 ỉ2 tâm lỗ song song víi 28 ±0,1 R Z 40 ±0,01 H×nh dạng R40 +0,03 - 78 - Các chi tiết dạng Càng/Biên Càng có nhiều lỗ, B 0,1 R Z 10 21+0,035 đường tâm lỗ không B 0,05 ỉ52 124+0,07 B song song víi Chi tiÕt R4 +0,5 2,5 30 4 có mặt phẳng đối xøng R Z 10 A 0,1 +0,05 107 - 0,02 1.5x45° R Z 10 +0,5 +0,03 65 - 0,02 Ø40 +0,02 Ø28 Ø22 +0,02 A 2,5 R Z 40 R Z 20 song song với nhau, lỗ R Z 40 M10 Càng có nhiều lỗ, 130 +0,1 B 0,1 A Ø27 B 0,63 Ø32 ±0,02 Ø50 +1 0,2 ỉ30 ỉ16 0,01 63 Càng có nhiều lỗ, c¸c A 0,05 R Z 10 C R Z 10 10 42 2,5 A ±0,02 ±0,1 B 30±0,1 C 0,1 Ø38 R187 Ø38 Ø26 R1 09 40 ±0,01 Ø22 42 85 Mô tả B 0,05 2,5 C 0,05 10 40 ±0,05 R Z 10 0,05 ±0,01 ±0,05 93 cã mỈt phẳng đối xứng 0,02 40 45 +1 ỉ22 0,01 0,02 80 Hình dạng 0,01 ỉ16 0,02 0,05 45 25 0,63 12 0,05 B 1x45 xứng hở hai đầu Chi tiết không ỉ10 1,25 chữ nhật hở hai đầu Chi víi nhau, cã r·nh ch÷ nhËt ±0,02 1,25 ±0,1 song song víi nhau, cã r·nh Ø16 +1 B 0,05 0,05 đường tâm lỗ không ỉ22 ỉ30 60 +0,1 15 ±0,1 A 10 1.5x45° R Z 40 0,1 đường tâm lỗ song song +0,02 A 0,1 15 vát mét tiết có mặt phẳng đối ỉ10 R Z 20 A 15 đường tâm lỗ không 1x45 +0,02 26-0,05 ỉ12 12 Càng có nhiều lỗ, - 79 - 3.2.2 Xây dựng thuật giải cho chi tiết dạng Biên/Càng 3.2.2.1 Thuật giải ghép nhóm chi tiết Ghép nhóm chi tiết theo liệu đặc trưng (khoảng kích thước, vật liệu, độ cứng, độ xác IT, độ nhám Rz Ra, trọng lượng, sản lượng, v.v ) Hoặc chi tiết thuộc nhóm có đặc điểm công nghệ giống nhau, chẳng hạn giống gá đặt gia công Khi đó, chi tiết nhóm phải có bề mặt dùng làm chuẩn định vị sơ đồ gá đặt gia công gần nhau, khác kích thước khác chút hình dạng 3.2.2.2 Thuật giải xác định chi tiết sở (CTCS) Chi tiết sở chi tiết có nhiều phần tử hình dạng số chi tiết đà nhập vào Do đó, thuật giải để xác định chi tiết đếm số phần tử hình dạng chi tiết thuộc nhóm chi tiết đà nhập vào Chi tiết có số phần tử hình dạng nhiều chi tiết sở 3.2.2.3 Thuật giải xây dựng chi tiết đại diện (CTĐD) Đặc điểm chi tiết đại diện cho nhóm có tất phần tử hình dạng đà tồn nhóm chi tiÕt ®· nhËp NÕu coi sè PTHD cđa chi tiết đại diện tập lớn số PTHD chi tiết nhóm tập tập lớn Thông thường, chi tiết thuộc nhóm không đáp ứng đặc điểm Do phải tiến hành xây dựng chi tiết đại diện, cách: Lấy chi tiết sở đà xác định làm chuẩn, sau so sánh chi tiết thuộc nhóm với chi tiết sở thông qua PTHD, thêm vào chi tiết sở nhiều PTHD PTHD chưa tồn chi tiết sở Như vậy, cách xác định chi tiết đại diện là: Chi tiết đại diện (ctđD) = Chi tiết sở (CTCS) + Các PTHD chưa có CTCS - 80 - begin Nhập chi tiết Càng/Biên (m kiểu) i:= Sai Sai 60≤D1≤250 ®óng 60≤D2≤250 ®óng Sai 160≤L≤700 ®óng Sai H≥30 Sai ®óng VËt liƯu ®óng Sai §CXGC Sai Độ nhám GC Sai Loạt SX Chi tiết i ghép nhóm i:= i +1 Sai i=m Ghi nhận n kiểu chi tiết ghép nhóm {n m} ENd Hình 3.1 Thuật toán ghép nhóm chi tiết Biên/Càng - 81 - đây: D1- đường kính trụ đầu to Biên/Càng D2- đường kính trụ đầu nhỏ Biên/Càng L - khoảng cách tâm lỗ hai đầu Biên/Càng H - Chiều cao Biên/Càng 3.2.2.4 Xây dựng phương pháp gia công chi tiết đại diện Sau xác định chi tiết đại diện, việc phải xác định phương pháp gia công cho chi tiết đại diện Tùy theo yêu cầu kỹ thuật PTHD chi tiết đại diện mà có nhiều phương pháp gia công Tuy nhiên, gia công chi tiết dạng Biên/Càng dạng chi tiết ta phải ý đến vị trí tương quan PTHD chi tiết, phương án gia công hợp lý bề mặt lân cận PTHD cần gia công bị phá hủy bị sai lệch vị trí tương quan hình dáng hình học 3.2.2.5 Xây dựng trình tự gia công chi tiết đại diện Trình tự gia công chi tiết đại diện tuân theo trình tự gia công chi tiết điển hình Nghĩa phải vào kết cấu yêu cầu kỹ thuật chi tiết để xác định thứ tự gia công PTHD, quy luật lôgic kỹ thuật công nghệ phải tuân thủ chặt chẽ Đối với nhóm chi tiết dạng Biên/Càng có thứ tự gia công theo trình tự sau: + Với nhóm biên hai nửa - Gia công mặt đầu (Thô + tinh), - Gia công vấu chuẩn tinh (nếu có), - Gia công lỗ lắp bulông (Thô + tinh) + Vát mép, - Gia công lỗ dầu + Vát mép (nếu có), - Gia công lỗ đầu nhỏ + Vát mép (Thô + tinh), - Gia công lỗ đầu to + Vát mép (Thô + tinh), - Gia công mặt định hình (nÕu cã) - 82 - + Víi nhãm biªn liền - Gia công mặt đầu (Thô + tinh), - Gia công lỗ dầu + Vát mép (nếu có), - Gia công lỗ đầu nhỏ + Vát mép (Thô + tinh), - Gia công lỗ đầu to + Vát mép (Thô + tinh), - Gia công mặt định hình ngoµi (nÕu cã) + Víi nhãm cµng - Gia công mặt đầu, - Gia công mặt lỗ (Thô + tinh) + Vát mép, - Gia công mặt lỗ (Thô + tinh) + Vát mép, - Gia công mặt lỗ (Thô + thinh) + Vát mép, - Gia công mặt định hình lỗ chính, - Gia công lỗ phụ + Vát mép, - Gia công mặt định hình (nếu có) + Với nhóm - Gia công mặt đầu, - Gia công mặt lỗ (Thô + tinh) + Vát mép, - Gia công mặt lỗ (Thô + tinh) + Vát mép, - Gia công mặt định hình lỗ chính, - Gia công lỗ phụ + Vát mép - Gia công mặt định hình ngoài, - Gia công mặt đầu (Hạ bậc) + Vát mép - 83 - Bảng 3.3 Các phương pháp gia công PTHD chi tiết dạng Biên/Càng Tên PTHD Lỗ trụ Lỗ côn Lỗ trụ bậc Vát mép lỗ Lỗ ren Mặt phẳng Mặt định hình Mà hiệu PTHD 000 001 002 010 011 110 111 102 200 201 202 203 210 211 212 KÝch thíc PTHD (mm) d