Xây dựng phương pháp tự động hóa thiết kế quy trình công nghệ gia công cơ khí

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ QUANG DŨNG CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG HĨA THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Cơng nghệ chế tạo máy KHOÁ 2011- 2013 Hà Nội – Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Lê Quang Dũng XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG HĨA THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CƠ KHÍ Chun ngành : Cơng nghệ Chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Công nghệ chế tạo máy NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 1.PGS.TS Hà Minh Hùng 2.GS.TS Trần Văn Địch Hà Nội – Năm 2013 MỤC LỤC MỤC LỤC Lời cam đoan Danh mục hình vẽ CHƯƠNG - NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CƠ KHÍ 1.1 Tổng quan thiết kế công nghệ gia công khí 1.2 Tiến trình chế tạo chi tiết khí 1.3 Nội dung thiết kế cơng nghệ chế tạo chi tiết khí 11 1.4 Những nội dung thiết kế 14 1.4.1 Xác định kích thước phơi 14 1.4.2 Thiết kế nguyên công 14 1.5 Xác định phương pháp ứng dụng máy tính thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng cắt gọt 20 1.5.1 Các phương thức thiết kế QTCN gia công cắt gọt 20 1.5.2 Mô hình tổng qt ứng dụng máy tính thiết kế QTCN gia công cắt gọt 23 1.5.3 Các phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt khả ứng dụng máy tính 24 1.5.4 Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt thơng thường khả ứng dụng máy tính trợ giúp tra cứu số liệu, hỗ trợ tính tốn thiết kế QTCN gia công cắt gọt 24 1.5.5 Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt sở cơng nghệ nhóm, cơng nghệ điển hình cơng nghệ tổ hợp khả ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN gia cơng cắt gọt 27 1.5.6 Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt dạng hỗ trợ, tư vấn khả ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN cắt gọt sở hệ chuyên gia hỗ trợ 33 1.5.7 Phương pháp thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt khả ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN gia cơng cắt gọt 35 CHƯƠNG - XÂY DỰNG CÁC DỮ LIỆU CHO TỰ ĐỘNG HĨA THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CƠ KHÍ 39 2.1.Những vấn đề chung thiết kế tối ưu QTCN cắt gọt 39 2.1.1 Hàm mục tiêu thiết kế tối ưu QTCN cắt gọt 39 2.1.2 Xác định toán tối ưu thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt 40 2.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế tối ưu bước gia cơng trình tự ngun cơng 44 2.3 Xây dựng mã hóa hệ liệu cho tự động hóa thiết kế tối ưu QTCN gia cơng cắt gọt 46 2.3.1 Phân loại liệu mã hóa liệu dùng thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt 46 2.3.2 Cấu trúc mã hóa liệu chi tiết cần gia công 48 2.3.3 Cấu trúc mã hóa liệu chung 48 2.3.4 Mã hóa liệu tiêu cơ, lý, hóa tính 50 2.3.5 Mã hóa liệu phân loại chi tiết gia công 51 2.3.6 Cấu trúc mã hóa liệu bề mặt cần gia công 53 2.3.7 Giải thuật liệu chi tiết gia công 69 2.4 Cấu trúc mã hóa liệu phương pháp gia công 69 2.4.1 Mã hóa liệu phương pháp tiện 70 2.4.2 Mã hóa liệu phương pháp khoan – khoét – doa 70 2.4.3 Mã hóa liệu phương pháp phay 71 2.4.4 Mã hóa liệu phương pháp bào – xọc 72 2.4.5 Mã hóa liệu phương pháp chuốt 72 2.4.6 Mã hóa liệu phương pháp mài 73 2.4.7 Dữ liệu phương pháp gia công 73 2.4.8 Dữ liệu phương pháp gia công ren – trục vít 74 2.4.9 Dữ liệu phương pháp gia công đặc biệt 74 2.5 Cấu trúc mã hóa liệu máy cơng cụ 75 2.5.1 Mã hóa liệu tốc độ chạy dao 76 2.5.2 Mã hóa liệu khả công nghệ máy 77 2.5.3 Mã hóa liệu khả sử dụng dao cắt máy 77 2.5.4 Dữ liệu khả sử dụng đồ gá máy 78 2.6 Cấu trúc mã hóa liệu dụng cụ cắt gọt 78 2.6.1 Mã hóa liệu lưỡi cắt 79 2.6.2 Mã hóa liệu thân dụng cụ cắt 79 2.6.3 Mã hóa liệu khả gia công 79 2.6.4 Mã hóa liệu giới hạn điều kiện làm việc 80 2.7 Cấu trúc mã hóa liệu đồ gá 80 2.7.1 –.Mã hóa liệu kết cấu, kích thước đồ gá 81 2.7.2 Mã hóa liệu điều kiện làm việc 81 2.8 Cấu trúc mã hóa liệu trang bị cơng nghệ 81 2.8.1 Mã hóa liệu kết cấu kích thước trang bị cơng nghệ 82 2.8.2 Mã hóa liệu khả sử dụng 82 2.8.3 Mã hóa liệu điều kiện làm việc 82 2.9 Mã hóa liệu để tính toán kinh tế 82 CHƯƠNG - ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG HĨA THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHO CHI TIẾT DẠNG CÀNG 84 3.1 Phân loại mã hoá chi tiết dạng Càng 84 3.2 Xây dựng thuật giải cho chi tiết dạng Càng 94 3.2.1 Thuật giải ghép nhóm chi tiết 94 3.2.2 Thuật giải xác định chi tiết sở (CTCS) 94 3.2.3 Thuật giải xây dựng chi tiết đại diện (CTĐD) 94 3.2.4 Xây dựng phương pháp gia công chi tiết đại diện 96 3.2.5 Xây dựng trình tự gia cơng chi tiết đại diện 96 KẾT LUẬN CHUNG 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Người cam đoan Lê Quang Dũng Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Mơ hình tổng qt ứng dụng máy tính để thiết kế QTCN cắt gọt 23 Hình 1.2: Sơ đồ phương pháp thiết kế QTCN gia cơng cắt gọt thơng thường 25 Hình 1.3: Sơ đồ phân loại chi tiết gia công 30 Hình 1.4: Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt sở cơng nghệ nhóm, cơng nghệ điển hình cơng nghệ tổ hợp 31 Hình 1.5: Hình thức làm việc phần mềm hệ chuyên gia 34 Hình 1.6: Cấu trúc hệ chuyên gia tự động thiết kế QTCN cắt gọt 34 Hình 1.7: Sơ đồ phương pháp thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt 38 Hình 2.1: Cấu trúc bước gia cơng 44 Hình 2.2: Sơ đồ phân loại bề mặt gia công 54 Hình 2.3: Sơ đồ phân loại bề mặt cong ngồi khơng trịn xoay 55 Hình 2.4: Sơ đồ phân loại bề mặt lỗ tròn xoay 56 Hình 2.5: Sơ đồ phân loại bề mặt cong lỗ khơng trịn xoay 57 Hình 2.6: Sơ đồ phân loại bề mặt phẳng 58 Hình 2.7: Sơ đồ phân loại bề mặt phẳng chi tiết khơng trịn xoay 59 Hình 2.8: Sơ đồ phân loại bề mặt phẳng lỗ chi tiết khơng trịn xoay 60 Hình 2.9: Giải thuật liệu chi tiết gia cơng 69 Hình 3.1 Thuật tốn ghép nhóm chi tiết Biên/Càng 95 Mở đầu Tự động hoá trình cơng nghệ ứng dụng rộng rãi giới lĩnh vực Trong thập kỷ gần với phát triển mạnh mẽ khoa học bùng nổ thông tin, phát triển mạnh mẽ máy tính điện tử cơng nghệ điện tử, vi điện tử, bán dẫn dụng cụ xác khác… cộng với phát nhiều quy luật điều khiển mới, thúc đẩy trình tự động hố cơng nghệ phát triển mạnh mẽ, sâu rộng ngày hoàn thiện Hoà chung khoa học giới, sản xuất nước ta dần vào phát triển lĩnh vực Với đặc điểm nước phát triển, khoa học kỹ thuật cịn non kém, phát triển khoa học vũ bão đẩy nước ta nước phát triển khác rơi vào hoàn cảnh trở thành nơi chứa đựng dây chuyền lạc hậu từ nước phát triển hơn, bị khống chế cơng nghệ Trước tình địi hỏi cần có đội ngũ kỹ sư phải hiểu biết lĩnh vực tự động hoá, am hiểu cơng nghệ có tính động, tự chủ để đáp ứng yêu cầu xã hội Chính ngành “ Tự động hố q trình’’ xem ngành chủ chốt lĩnh vực cơng nghệ khí Với hỗ trợ khoa học kỹ thuật đại, công nghệ chế tạo máy có đột phá mang tính cách mạng Đó diện máy tính điện tử, kỹ thuật điều khiển tự động, máy cơng cụ CNC có độ xác cao rơbốt công nghiệp Những nhân tố 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 cơng nghệ chế tạo máy đại có ưu điểm nêu người biết ứng dụng kỹ thuật tin học thiết kế chế tạo sản phẩm khí Với đề tài giới thiệu cách thức xây dựng phương pháp tự động hóa thiết kế quy trình cơng nghệ sản xuất khí (CAP Computer Aided Planning) Phương pháp tự động hóa thiết kế quy trình cơng nghệ có trợ giúp máy tính xây dựng sở hệ phần mềm thiết kế công nghệ khí kết hợp tri thức kinh nghiệm thiết kế cơng nghệ với tốn tối ưu, bao gồm: hệ sở liệu, thuật giải, chương trình máy tính, đó: liệu mã hóa sở để tiến hành việc tự động hóa thiết kế với cơng nghệ chế tạo chi tiết khí với thơng số cơng nghệ tối ưu; Quy trình cơng nghệ thiết kế tự động với thơng số cơng nghệ tính tốn cách nhanh chóng thơng qua chương trình máy tính Kết là: cho phép thiết lập quy trình cơng nghệ cho đời sản phẩm với xác theo yêu cầu thời gian rút ngắn Cho nên tính linh hoạt sản xuất, suất chất lượng sản phẩm nâng cao; Cho phép rút ngắn thời gian khối lượng kiến thức cần trang bị cho nhân cơng phần lớn q trình cơng nghệ thiết kế tự động Do mà chi phí cho đào tạo nhân lực giảm Vì nhằm đưa nước ta từ nước kinh tế phát triển chuyển sang nước có cơng nghiệp đại đặt yêu cầu cấp thiết ngành khí chế tạo máy đại đủ khả chế tạo thiết bị máy móc cho ngành kinh tế khác, đáp ứng u cầu cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Nhận thức vấn đề này, tơi chọn đề tài nghiên cứu “ Xây dựng phương pháp tự động hóa thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng khí’’ với mong muốn nghiên cứu tiếp cận tiến khoa học kỹ thuật công nghệ, kế thừa có chọn lọc kết nghiên cứu cơng trình nghiên cứu lĩnh vực tự động hóa thiết kế QTCN cắt gọt Việc xây dựng hệ thống tự động hóa thiết kế quy trình cơng nghệ cắt gọt đề tài thiết thực, cấp thiết với thực tế sản xuất ngành khí chế tạo máy Bởi ngành khí chế tạo máy nước ta có sở vật chất, máy móc thiết bị cũ nát, thiếu thốn không đồng Đặc biệt công tác thiết kế, chuẩn bị sản xuất thực tay, dựa vào kinh nghiệm, bảng tra cứu v.v…Phương thức thiết kế lạc hậu không cho phép thực cơng tác thiết kế nhanh chóng, khơng cho phép tính tốn nhiều phương án so sánh, lựa chọn phương án tối ưu Mục tiêu nghiên cứu đề tài là: - Nghiên cứu tổng quan phương pháp thiết kế qui trình công nghệ - Xây dựng liệu cho tự động hóa thiết kế qui trình cơng nghệ Nội dung trình bày luận văn thạc sỹ gồm: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan phương pháp thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng khí Chương :Xây dựng liệu cho tự động hóa thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng khí Chương 3: Ứng dụng phương pháp tự động hóa thiết kế quy trình cơng nghệ cho chi tiết dạng CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CƠ KHÍ 1.1 Tổng quan thiết kế công nghệ gia công khí Mục tiêu thiết kế cơng nghệ cho sản xuất khí đảm bảo cho q trình sản xuất diễn tin cậy, ổn định theo quy mô điều kiện sản xuất để đạt hiệu sản xuất tốt (chất lượng sản phẩm tốt, suất lao động cao, chi phí sản xuất ít), đảm bảo cho sản phẩm khí chế tạo có đủ sức cạnh tranh thị trường Chức chuẩn bị cơng nghệ cho sản xuất khí bao gồm: - Thiết kế thử nghiệm q trình cơng nghệ dây chuyền công nghệ chế tạo sản phẩm khí - Giám sát điều hành q trình cơng nghệ dây chuyền công nghệ thực tế sản xuất Nội dung chuẩn bị công nghệ sản xuất khí bao gồm: - Lập phương án trình cơng nghệ dây chuyền cơng nghệ có tính kinh tế - kỹ thuật phù hợp với quy mô điều kiện sản xuất cụ thể - Xác định phương án tối ưu cho q trình cơng nghệ dây chuyền công nghệ số phương án khả thi Cơ sở khoa học để chuẩn bị công nghệ cho sản xuất khí là: - Kỹ thuật thiết kế - điều khiển cơng nghệ khí có lý luận khoa học - Áp dụng kỹ thuật tin học với cơng cụ máy tính Các sản phẩm khí lắp ghép từ chi tiết khí chế tạo đạt yêu cầu kỹ thuật định Hiệu trình chế tạo chi tiết khí có ảnh hưởng lớn với q trình lắp ráp sản phẩm khí Các giải pháp công nghệ đại áp dụng khâu chế tạo phơi, gia cơng khí chi tiết tạo điều kiện đảm bảo tính chất lắp lẫn chúng, qua giảm khối lượng công việc khâu lắp ráp sản phẩm Căn vào yêu cầu kỹ thuật trên, bề mặt gia cơng mã hóa sau: + Độ xác yêu cầu bề mặt quan trọng: Mã hiệu Độ xác kích thước IT Thô < IT10 Bán tinh IT10  IT7 Tinh IT7  IT3 Rất tinh IT2  IT1 + Độ nhám bề mặt: chia thành 12 cấp tương ứng với Ra(m) sau: 25 12.5 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05 0.025 Ra(m) 50 N N12 N11 N10 N9 N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1 Độ nhám bề mặt gia cơng phần tử hình dạng chủ yếu dựa theo khả gia công thực tế chế tạo khí chia theo lơgic gia cơng: Thơ, bán tinh, tinh, tinh Mã hiệu cấp độ nhám bề mặt sau: Mã hiệu Cấp nhẵn bóng chia theo khoảng N Thơ Bán tinh Tinh Rất tinh Độ nhám bề mặt Chỉ số Ra(m) Chỉ số Rz(m) 500; 250; 125 N10  N12 63; 32; 16 N7 