4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2Cơ sở lý thuyết tối ƣu chế độ cắt khi phay phay
phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33:
2.2.1. Chế độ cắt khi khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG- ARM-DOOR-LINK:
Đặc điểm gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR- LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 với sơ đồ nhƣ hình 2.3.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.3: Sơ đồ cắt khi gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG- ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33.
Trong đó:
+ B1, B2: Chiều rộng lớp cắt ở các bƣớc gia công thô và tinh (mm) + h: Chiều sâu lòng khuôn, mm.
+ Chiều sâu cắt (t): Căn cứ vào sơ đồ cắt hình 2.4, chiều sâu cắt chính là chiều dày lớp kim loại đƣợc bóc đi sau một lần dao phay chạy dọc theo phƣơng vuông góc với bề mặt lòng khuôn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong đó:
t: Chiều sâu cắt, mm
Khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33, chiều rộng rãnh cắt do dao tạo thành: b=3mm và chiều sâu cắt t=0.5mm [1], [2].
Theo nguyên lý cắt lòng khuôn, khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33
+ Vận tốc cắt (Vdao):
Khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK thì vận tốc cắt đƣợc xác định bằng công thức. Vdao = 1000 . .Dndao (m/ph) (2.62) Trong đó:
+ ndao: số vòng quay của dao phay, v/phút.
Theo [1], o <ndao≤20000 (v/ph). Áp dụng công thức (2.62) ta có: 0 < Vdao ≤ 376,8 (m/ph)
Nhƣ vậy các thông số chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK sẽ là: (Sdao, Vdao).
2.2.2. Phƣơng hƣớng tối ƣu chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33
Từ lý thuyết tối ƣu chế độ cắt ở 2.1 và các thông số chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 ở 2.2.1 thì phƣơng hƣớng tối ƣu chế độ cắt nhƣ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Về chỉ tiêu tối ƣu (còn gọi là mực tiêu tối ƣu) của bài toán tối ƣu chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 tại công ty TNHH Nippo Mechatronics về nguyên tắc ta có thể hoàn toàn chọn là chi phí gia công thấp nhất.
Bản chất của chi phí gia công cũng đƣợc tính toán trên cơ sở thời gian gia công. Song do hiện nay công ty TNHH Nippo Mechatronics chƣa xây dựng đƣợc định mức về chỉ tiêu kinh tế. Vì thế để đơn giản hóa trong tính toán, trên cơ sở vẫn đạt đƣợc chỉ tiêu về chi phí gia công thấp nhất nên ta lựa chọn chỉ tiêu tối ƣu là hàm thời gian gia công τ. Chỉ tiêu tối ƣu là hàm thời gian gia công τ min hay τm đạt min. Các thông số cần công nghệ tối ƣu là hàm thời gian gia công phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 là thời gian gia công thô nhỏ nhất vì trong quá trình gia công thô, lƣợng kim loại cắt gọt là nhiều nhất, không ảnh hƣởng đến chất lƣợng của biên dạng khuôn nên ta có thể tối ƣu đƣợc chế độ cắt ở công đoạn gia công thô khi ta chọn trƣớc chiều sâu cắt t. Nếu ta chọn tối tƣu chế độ cắt ở bƣớc gia công tinh thì hiệu quả về thời gian không đƣợc nhiều, ngoài ra rất khó để tối ƣu hoá chế độ cắt do phụ thuộc rất nhiều vào biên dạng, hình dáng hình học của khuôn. Do vậy hàm mục tiêu của bài toán là:
τm = τ(V,S) -> min (2.63)
Xác định các giới hạn và hệ ràng buộc:
Về giới hạn và hệ ràng buộc thì căn cứ vào đặc điểm và nguyên lý gia công phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 tại công ty TNHH Nippo Mechatronics, nên giới hạn hệ các phƣơng trình ràng buộc gồm:
- Ràng buộc về công suất cắt gọt cho phép của máy.
- Điều kiện cắt gọt kinh tế (vận tốc cắt kinh tế của dao (m/phút), có xét đến vận tốc cắt cho phép của đầu dao theo máy, tuổi bền T của dao và điều kiện cắt gọt cho phép của vật liệu làm dao).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- tmin ≤ tmax (tmin , tmax: Chiều sâu cắt nhỏ nhất và lớn nhất cho phép của máy, mm)
- Độ chính xác gia công cần đạt đƣợc của chi tiết sau gia công. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lựa chọn phương pháp xây dựng và giải bài toán tối ưu chế độ cắt:
Có thể lựa chọn một trong hai phương pháp: Tối ưu chế độ cắt theo phương pháp quy hoạch tuyến tính, tối ưu chế độ cắt theo phương pháp đường biên khả dĩ.
Hai phƣơng pháp xác định chế độ cắt tối ƣu ở trên (tối ƣu chế độ cắt theo phƣơng pháp quy hoạch tuyến tính, tối ƣu chế độ cắt theo phƣơng pháp đƣờng biên khả dĩ), nhận thấy xác định chế độ cắt tối ƣu theo phƣơng pháp đƣờng biên khả dĩ là phƣơng pháp thực hiện cho kết quả nhanh, chính xác, và đơn giản nhất. Nếu ta chọn phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu chế độ cắt theo phƣơng pháp đƣờng biên khả dĩ để xác định chế độ cắt tối ƣu.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chƣơng 3
XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƢU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO
3.1. Xây dựng bài toán tối ƣu chế độ cắt phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33.
Từ nội dung Chƣơng 2, mục 2.2.2 đã xác định bài toán tối ƣu chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33. Là tối ƣu chế độ cắt (V,S) đảm bảo thời gian gia công τm nhỏ nhất.
Quá trình gia công phay lòng khuôn CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 lập trình sẵn chia làm 2 bƣớc (thô và tinh) nhƣ hình 3.1.
Hình 3.1: Sơ đồ phân bố lượng dư gia công khi phay lòng khuôn ở bước gia công thô và gia công tinh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bƣớc gia công thô: Ở bƣớc gia công thô với lƣợng dƣ gia công Z1 đƣợc tiến hành với một số lần chạy dao gia công có cùng chiều sâu cắt t1, vận tốc cắt ndao1.
Bƣớc gia công này đƣợc lặp lại với nc số lần chạy dao
Bƣớc gia công tinh: Ở bƣớc gia công tinh với lƣợng dƣ gia công Z2 đƣợc tiến hành với một lần chạy dao gia công có chiều sâu cắt t2, vận tốc cắt ndao2.
Bƣớc gia công này đƣợc lặp lại với nc số lần chạy dao
Ta có tổng lƣợng dƣ gia công thô và tinh là: h = Z1 + Z2 (3.1) Trong đó:
+ h: Chiều sâu lòng khuôn thì h = 5.4mm.
Ta tiến hành xây dựng mô hình toán học bài toán tối ƣu chế độ cắt khi gia công lòng khuôn lòng khuôn tại công ty TNHH Nippo Mechatronics trung tâm gia công CNC MAKINO S33 nhƣ sau:
3.1.1. Xây dựng hàm mục tiêu.
Ta có thời gian gia công lòng khuôn một lòng khuôn là: τm = τm1 + τm2 = 2 1 i mi (phút) (3.2) Trong đó:
τm1 : Thời gian máy gia công ở bƣớc gia công thô, phút τm2: Thời gian máy gia công ở bƣớc gia công tinh, phút i: Bƣớc gia công, gia công thô i = 1, gia công tinh i=2 Thời gian gia công lòng khuôn của một bƣớc là: τmi = nci.τci.ng.nr (3.3) Trong đó:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ nci: Số lần chạy dao ở bƣớc gia công thô, bƣớc gia công bán tinh, bƣớc gia công tinh.
+ τci: Thời gian gia công 1 lòng khuôn ở một lần cắt, phút. + ng.nr: Số lòng khuôn trên một khuôn
Từ công thức (3.3) ta có:
τmi = nci(2Lgi/Vi)ng.nr (3.4) Trong đó:
+ Lgi: Chiều dài lòng khuôn, (mm).
+ Vi: Tốc độ cắt ở bƣớc gia công thô, bƣớc gia công tinh (m/ph). Thay số lần cắt nci = Zi/ti ta có
τmi = (Zi/ti).(2Lgi/Vi)ng.nr (3.5) Trong đó:
+ Zi: Lƣợng dƣ gia công của các bƣớc gia công thô, tinh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ ti: Chiều sâu cắt mỗi lần chạy dao của các bƣớc gia công thô, tinh. Đặt:
Ki = 2.Zi.Lgi.ng.nr
Ta có:
τmi = Ki/(ti.Vi) (3.6) Vậy thời gian gia công một lòng khuôn là: τm = τm1 + τm2 + τm3 = 3 1 3 1 i i. i i i mi V t K (3.7)
Từ công thức (3.7) ta thấy để τm -> min thì các mẫu số ti, Vi phải đạt max. Nhƣ vậy hàm mục tiêu bài toán tối ƣu chế độ cắt khi gia công phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 là:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Vì quá trình gia công thô là quá trình gia công phá với lƣợng dƣ gia công là lớn nhất, nó không ảnh hƣởng đến contour, biên dạng của lòng khuôn và nó cũng là bƣớc gia công bóc tách đƣợc khối lƣợng kim loạ nhiều nhất. Do vậy nếu ta Fix chiều sâu cắt z thì thông số ảnh hƣởng trực tiếp đến thời gian cắt sẽ là lƣợng chạy dao Si và tốc độ cắt Vi
Tích số SiVi sẽ là thể tích khối lƣợng kim loại đƣợc bóc tách trong quá trình gia công. Nếu tích số này là max thì và tối ƣu thì thời gian gia công cũng sẽ tối ƣu nhỏ nhất
Hàm mục tiêu: SiVi => max (3.8)
3.1.2. Xây dựng hệ ràng buộc:
+ Xác định ràng buộc về công suất cắt gọt cho phép:
Theo [1], [10]: [Nc] = [Nd].ηkhớp nối .ηô3.ηBR2(kW), Trong đó:
+ [Nc]: Công suất cắt cho phép của đầu dao (công suất trục chính đầu phay đứng), (Kw).
+ [Nd]: Công suất cho phép của động cơ quay đầu dao, (Kw), theo [1]: [Nd]=18kW
+ ηkhớp nối .ηô.ηBR: Hiệu suất truyền động của các bộ truyền khớp nối, ổ bi bánh răng, theo [10]: ηkhớp nối = 1; ηô = 0,995 ; ηBR = 0,97.
Thay số: [Nc] = [Nd].ηkhớp nối .ηô3.ηBR2
= 18.1.0,9953.0,972 = 16,667 (kW)
Mặt khác, ta biết công suất cắt Ni đƣợc tính theo công thức: Ni = ( W) 102 . 60 . k V Pzi i Với Pzi là lực cắt: Pzi = Kmv n D B S t Cpz w q u x . . . 10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong đó:
Cpz: Hệ số xét đến điều kiện làm việc nhất định đến lực cắt, tra theo bảng (5-41) [7], CPz=101.
+ ti: Chiều sâu cắt ở bƣớc cần gia công, mm: khoảng cách từ mặt chƣa gia công đến mặt đã gia công.
+ B: Chiều rộng rãnh cắt do dao tạo thành ở bƣớc cần gia công (mm). + Vi: Tốc độ cắt ở bƣớc cần gia công, (m/ph)
+ x, u,q,w: Chỉ số mũ xét đến ảnh hƣởng của chiều sâu cắt, bề rộng dao và vận tốc đến lực cắt. x=0.88, u=1, q=0.87, w=0 (tra b ảng 5-41 [7 ]
+ Kmp: Hệ số hiệu chỉnh chung cho chất lƣợng vật liệu gia công. Tra bảng 5- 9 [7] đƣợc Kmp = 1
- n : Số vòng quay trục chính (v/ph)
Vậy điều kiện ràng buộc về công suất cắt gọt cho phép: Ni = 16,67( W) 102 . 60 . k N V P c i zi (3.9)
+ Xác định ràng buộc về vận tốc cắt kinh tế của dao VKT dao:
Vận tốc cắt kinh tế của dao (m/phút) có xét đến vận tốc cắt cho phép của đầu dao theo máy, tuổi bền T của dao và điều kiện cắt gọt cho phép của vật liệu làm dao).
Theo lý lịch máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 [1], 0 <ndao≤20000 (v/ph) => Vdao = 1000 . .Dn hay 0<Vdao ≤376.8 (m/pt) (*) Trong đó: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Vdao: Vận tốc cắt của dao cho theo máy, (m/ph). + ndao: Tốc độ quay của dao cho theo máy, (v/ph)
Theo bảng 62-1 [8], tốc độ cắt khi cắt rãnh, cắt đứt, tiện định hình bằng dao hợp kim cứng: Vb = (26 ÷ 59) m/ph
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong đó:
+ KT: Hệ số điều chỉnh vận tốc cắt phụ thuộc tuổi bền dao, tra bảng 63- 1[8]:T=120 phút =>kT =0,87
+ kd: Hệ số điều chỉnh vận tốc cắt phụ thuộc mác hợp kim, tra bảng 63-1[8]: Tiện gang dùng mảnh hợp kim BK8=>kd = 0,83.
+ kφ: Hệ số điều chỉnh vận tốc cắt phụ thuộc góc nghiêng chính của dao, tra bảng 48-1[8]: kφ = 1,0.
+ kBM: Hệ số điều chỉnh vận tốc cắt phụ thuộc trạng thái bề mặt của phôi, tra bảng 49-1[8]: kBM = 1,0.
+ kTL: Hệ số điều chỉnh vận tốc cắt phụ thuộc tỷ lệ đƣờng kính gia công ban đầu và đƣờng kính cuối cùng, tra bảng 59-1[8]:kTL = 0,84.
Thay số vào công thức ta đƣợc: 90,8≤Vthực≤366,8 (m/ph) (**) Từ (*) và (**) => 90,8≤ VKT
dao≤376,8 (m/ph) (3.10)
+ Xác định ràng buộc về lƣợng chạy dao Si:
Gọi Si là lƣợng chạy dao khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG- ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 ở bƣớc cần gia công. Theo lý lịch máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33[1], có:
75≤Si≤960 (mm/ph) (3.11)
Nhƣ vậy hệ ràng buộc bài toán tối ƣu chế độ cắt khi gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên trung tâm gia công CNC MAKINO S33 là:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16,67(kW) ] [ 102 . 60 ) / ( 8 , 376 ) / ( 8 , 90 ) / ( 960 ) / ( 75 c i zi i i i i i N V P N ph m V ph m V ph mm S ph mm S
3.1.3. Thuật toán tối ƣu chế độ cắt khi phay lòng khuôn:
Sử dụng phƣơng pháp tối ƣu chế độ cắt theo đƣờng biên khả dĩ để giải bài toán tối ƣu, lƣu đồ thuật toán nhƣ sau:
(3.12) (3.13) (3.14) (3.15) (3.16)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong đó:
+ Smax: Lƣợng chạy dao lớn nhất ở bƣớc gia công tính toán, mm/ph
+Smin: Lƣợng chạy dao nhỏ nhất ở bƣớc gia công tính toán, mm/ph
+ Vmax: Tốc độ cắt lớn nhất ở bƣớc gia công tính toán, m/ph + Vmin: Tốc độ cắt nhỏ nhất ở bƣớc gia công tính toán, m/ph + Vtối ƣu: Tốc độ cắt tối ƣu, m/ph
+ ks: Bƣớc nhảy theo lƣợng chạy dao ở bƣớc gia công tính toán + kv: Bƣớc nhảy theo vận tốc cắt ở bƣớc gia công tính toán +Si: Lƣợng chạy dao ở bƣớc gia công tính toán, m/ph
+ Vi: tốc độ cắt bƣớc gia công tính toán, m/ph + Ni: Công suất cắt ở bƣớc gia công tính toán, kW
+ [Nc]: Công suất cắt cho phép của máy phay, kW
+ Mi(Si,Vi): Điểm thỏa mãn điều kiện rằng buộc bài toán tối ƣu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2. Ứng dụng tối ƣu chế độ cắt khi gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK.
Lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK đƣợc chế tạo bằng vật liệu:Thép hợp kim STAVAX [3] có thành phần hóa học chính nhƣ sau:
C Si Mn Cr V
0.38% 0.9% 0.5% 13.6% 0.3%
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.3: Bản vẽ khuôn CRG Arm Door Link
Quá trình gia công rãnh lòng khuôn đƣợc chia làm ba bƣớc với lƣợng dƣ gia