Xây dựng phương pháp tự động hoá thiết kế quy trình công nghệ gia công cắt gọt
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (895.21 KB, 98 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
............
............
NGÔ XUÂN SƠN
XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ ðỘNG HÓA THIẾT KẾ
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT GỌT
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa Nông lâm nghiệp
Mã số
: 60.52.14
Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS. TRẦN VĂN ðỊCH
Hà Nội - 2012
LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Người cam ñoan
Ngô Xuân Sơn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
i
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng cảm ơn Trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội, xin
trân trọng cảm ơn Viện ñào tạo sau ñại học, Khoa Cơ-ðiện Trường ñại học
Nông nghiệp Hà Nội.
Tôi xin ñược tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến GS.TS. Trần Văn ðịch, giảng
viên trường ñại học Bách khoa Hà Nội, thầy là người ñã trực tiếp hướng dẫn
tận tình, chỉ bảo tôi hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo của khoa Cơ-ðiện
trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội, các thầy giáo, cô giáo khoa Cơ khí Chế
tạo máy trường ñại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi chân thành cảm ơn trường ðại học sư phạm kỹ thuật Vinh, nơi tôi
ñang công tác, ñã tạo mọi ñiều kiện tốt nhất có thể ñể tôi hoàn thành khóa học
này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñến gia ñình tôi, người thân, bạn bè, ñồng
nghiệp…họ là nguồn ñộng lực và là nguồn ñộng viên giúp tôi hoàn thành
khóa học và luận văn này.
Trong quá trình thực hiện ñề tài chắc chắn không tránh khỏi những
thiếu sót, rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp của các thầy, cô giáo và các
bạn ñồng nghiệp.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả
Ngô Xuân Sơn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
ii
MỤC LỤC
Lời cam ñoan…………………………………………………………………..i
Lời cảm ơn……………………………………………………………………ii
Mục lục………………………………………………………………………iii
Danh mục bảng……………………………………………………………...vii
Danh mục hình…………………………………………………………….....ix
Danh mục viết tắt……………………………………………………………..x
MỞ ðẦU……………………………………………………………………..1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG MÁY TÍNH ðỂ THIẾT
KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT GỌT ...........5
1.1-
SẢN XUẤT CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY VỚI SỰ TÁC ðỘNG
CỦA CAD/CAM..............................................................................5
1.2-
THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ ỨNG DỤNG
MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CẮT
GỌT .................................................................................................6
1.2.1-
Thiết kế QTCN gia công cắt gọt.......................................................7
1.2.2-
Mô hình thiết kế QTCN gia công cắt gọt..........................................8
1.2.3-
Các phương thức thiết kế QTCN gia công cắt gọt ..........................10
1.2.4-
Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính thiết kế QTCN gia công
cắt gọt ............................................................................................13
1.3-
XÁC ðỊNH PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG MÁY TÍNH
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT
GỌT. ..............................................................................................15
1.3.1-
Các phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt và khả năng
ứng dụng máy tính..........................................................................15
1.3.2-
Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt thông thường và
khả năng ứng dụng máy tính trợ giúp tra cứu số liệu, hỗ trợ tính
toán trong thiết kế QTCN gia công cắt gọt . ...................................15
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
iii
1.3.3-
Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở công
nghệ nhóm, công nghệ ñiển hình và công nghệ tổ hợp và khả
năng ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN gia công cắt gọt...........18
1.3.4 –
Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt dưới dạng hỗ trợ,
tư vấn và khả năng ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN cắt
gọt trên cơ sở hệ chuyên gia hỗ trợ.................................................24
1.3.5-
Phương pháp thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt và khả
năng ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN gia công cắt gọt...........26
Kết luận chương 1 .........................................................................................31
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TỐI ƯU XÂY DỰNG
VÀ MÃ HÓA HỆ DỮ LIỆU ........................................................32
2.1-
NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG THIẾT KẾ TỐI ƯU QTCN CẮT
GỌT ...............................................................................................32
2.1.1 –
Hàm mục tiêu khi thiết kế tối ưu QTCN cắt gọt. ............................32
2.1.2-
Xác ñịnh các bài toán tối ưu cơ bản khi thiết kế tối ưu QTCN
gia công cắt gọt. .............................................................................32
2.2-
CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TỐI ƯU BƯỚC GIA CÔNG
VÀ TRÌNH TỰ NGUYÊN CÔNG.................................................37
2.3 -
XÂY DỰNG VÀ MÃ HÓA HỆ DỮ LIỆU CHO TỰ ðỘNG
HÓA THIẾT KẾ TỐI ƯU QTCN GIA CÔNG CẮT GỌT.............39
2.3.1 -
Phân loại dữ liệu và mã hóa dữ liệu dùng trong thiết kế tối ưu
QTCN gia công cắt gọt...................................................................39
2.3.2 -
Cấu trúc và mã hóa dữ liệu về chi tiết cần gia công........................40
2.3.3 –
Cấu trúc và mã hóa dữ liệu chung ..................................................41
2.3.4 –
Mã hóa dữ liệu về chỉ tiêu cơ, lý, hóa tính......................................42
2.3.5 -
Mã hóa dữ liệu phân loại chi tiết gia công ......................................43
2.3.6 –
Cấu trúc và mã hóa dữ liệu các bề mặt cần gia công.......................45
2.3.7 –
Giải thuật về dữ liệu chi tiết gia công .............................................59
2.4 –
CẤU TRÚC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP
GIA CÔNG ....................................................................................60
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
iv
2.4.1 –
Mã hóa dữ liệu về phương pháp tiện ..............................................61
2.4.2 –
Mã hóa dữ liệu về phương pháp khoan – khoét – doa.....................61
2.4.3 –
Mã hóa dữ liệu về phương pháp phay.............................................62
2.4.4 –
Mã hóa dữ liệu về phương pháp bào – xọc .....................................62
2.4.5 –
Mã hóa dữ liệu về phương pháp chuốt............................................63
2.4.6 –
Mã hóa dữ liệu về phương pháp mài ..............................................63
2.4.7 –
Dữ liệu về phương pháp gia công răng ...........................................64
2.4.8 –
Dữ liệu về phương pháp gia công ren – trục vít..............................64
2.4.9 –
Dữ liệu các phương pháp gia công ñặc biệt ....................................65
2.5 –
CẤU TRÚC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU VỀ MÁY CÔNG CỤ .........65
2.5.1 –
Mã hóa dữ liệu về tốc ñộ chạy dao .................................................67
2.5.2 –
Mã hóa dữ liệu về khả năng công nghệ của máy ............................68
2.5.3 –
Mã hóa dữ liệu về khả năng sử dụng dao cắt của máy ....................68
2.5.4 –
Dữ liệu về khả năng sử dụng ñồ gá của máy...................................69
2.6 –
CẤU TRÚC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU VỀ DỤNG CỤ CẮT
GỌT ...............................................................................................69
2.6.1 –
Mã hóa dữ liệu về lưỡi cắt..............................................................70
2.6.2 –
Mã hóa dữ liệu về thân dụng cụ cắt ................................................70
2.6.3 –
Mã hóa dữ liệu về khả năng gia công .............................................70
2.7 –
CẤU TRÚC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU VỀ ðỒ GÁ ........................71
2.7.1 –
Mã hóa dữ liệu về kết cấu, kích thước ñồ gá...................................72
2.7.2 –
Mã hóa dữ liệu ñiều kiện làm việc..................................................72
2.8 –
CẤU TRÚC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU VỀ TRANG BỊ CÔNG
NGHỆ ............................................................................................72
2.8.1 –
Mã hóa dữ liệu kết cấu và kích thước trang bị công nghệ ...............73
2.8.2 –
Mã hóa dữ liệu về khả năng sử dụng ..............................................73
2.8.3 –
Mã hóa dữ liệu ñiều kiện làm việc..................................................73
2.9 –
MÃ HÓA KIỂU DỮ LIỆU ðỂ TÍNH TOÁN KINH TẾ................73
Kết luận chương 2 .........................................................................................75
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
v
Chương 3
PHƯƠNG PHÁP TỰ ðỘNG TẠO LẬP TÀI LIỆU
THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG
TRÊN MÁY TÍNH .......................................................................76
3.1 –
PHƯƠNG PHÁP TỰ ðỘNG TẠO LẬP TÀI LIỆU THIẾT KẾ
CỦA TỰ ðỘNG HÓA THIẾT KẾ TỐI ƯU QTCN GIA
CÔNG CẮT GỌT ..........................................................................76
3.1.1 –
Các ñối tượng cần thể hiện trên tài liệu thiết kế của tự ñộng hóa
thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt. ...........................................76
3.1.2 –
Phương pháp tự ñộng tạo lập chi tiết gia công ................................76
3.1.4 –
Phương pháp vẽ tự ñộng ñồ gá .......................................................79
3.1.4 –
Phương pháp vẽ tự ñộng các ñối tượng khác ..................................80
3.2 –
PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CẮT
GỌT TRÊN MÁY TÍNH................................................................80
3.2.1 –
Các ñối tượng cần thể hiện trong mô phỏng quá trình gia công
cắt gọt.............................................................................................80
3.2.2 –
Trạng thái ñầu trong mô phỏng quá trình gia công cắt gọt..............80
3.2.3 –
Phương pháp vẽ các bề mặt gia công trong quá trình mô phỏng
gia công cắt gọt. .............................................................................81
3.2.4 – Phương pháp vẽ dụng cụ cắt trong mô phỏng quá trình gia công
cắt gọt ............................................................................................81
3.2.5 –
Giải thuật mô phỏng quá trình gia công cắt gọt ..............................81
3.3-
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................83
3.3.1-
Kết luận và kết quả nghiên cứu. .....................................................83
3.3.2-
Kết quả nghiên cứu: .......................................................................83
Kết luận chương 3 .........................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................85
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
vi
DANH MỤC BẢNG
B¶ng 1.1: ðặc trưng cơ bản của các phương thức thiết kế QTCN cắt gọt........... 10
B¶ng 2.1: Mã hóa dữ liệu dạng sản xuất ....................................................... 41
B¶ng 2.2: Mã hóa các vật liệu...................................................................... 41
B¶ng 2.3: Mã hóa các loại vật liệu thép ........................................................ 42
B¶ng 2.4: Mã hóa các loại vật liệu gang ....................................................... 42
B¶ng 2.5: Mã hóa chỉ tiêu về cơ lý hóa tính của các vật liệu......................... 43
B¶ng 2.6: Mã hóa dạng chi tiết gia công....................................................... 43
B¶ng 2.7: Mã hóa loại chi tiết gia công dạng trục ......................................... 44
B¶ng 2.8: Mã hóa kiểu chi tiết dạng trục có then .......................................... 45
B¶ng 2.9: ðặc trưng kích thước các loại bề mặt............................................ 53
B¶ng 2.10: Mã hóa tính chất bị chặn............................................................. 56
B¶ng 2.11: Mã hóa tính chất khép kín .......................................................... 57
B¶ng 2.12: Mã hóa tính chất ñối xứng .......................................................... 57
B¶ng 2.13: Mã hóa tính chất phôi ................................................................. 57
B¶ng 2.14: Mã hóa ñộ nhám bề mặt ............................................................. 58
B¶ng 2.15: Mã hóa ñộ chính xác hình học .................................................... 58
B¶ng 2.16: Mã hóa ñộ chính xác tương quan................................................ 59
B¶ng 2.17: Mã hóa phương pháp gia công................................................... 60
B¶ng 2.18: Mã hóa các phương pháp tiện .................................................... 61
B¶ng 2.19: Mã hóa các phương pháp khoan – khoét – doa ........................... 61
B¶ng 2.20: Mã hóa các phương pháp phay ................................................... 62
B¶ng 2.21: Mã hóa các phương pháp bào – xọc........................................... 62
B¶ng 2.22: Mã hóa các phương pháp chuốt .................................................. 63
B¶ng 2.23: Mã hóa các phương pháp mài ..................................................... 63
B¶ng 2.24: Mã hóa các phương pháp gia công răng..................................... 64
B¶ng 2.25: Mã hóa các phương pháp gia công ren – trục vít........................ 64
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
vii
B¶ng 2.26: Mã hóa các phương pháp ñặc biệt.............................................. 65
B¶ng 2.27: Mã hóa các dữ liệu chính máy tiện ............................................. 67
B¶ng 2.28: Mã hóa tốc ñộ chạy dao máy công cụ thường ............................. 67
B¶ng 2.29: Mã hóa dữ liệu khả năng công nghệ của máy công cụ ................ 68
B¶ng 2.30: Mã hóa dữ liệu khả năng sử dụng dao cắt của máy công cụ........ 68
B¶ng 2.31: Mã hóa dữ liệu khả năng sử dụng ñồ gá của máy công cụ .......... 69
B¶ng 2.32: Mã hóa dữ liệu chính của dụng cụ cắt......................................... 69
B¶ng 2.33: Mã hóa dữ liệu về lưỡi cắt .......................................................... 70
Bảng 2.34: Mã hóa dữ liệu về thân dụng cụ cắt ............................................ 70
B¶ng 2.35: Mã hóa khả năng gia công của dụng cụ cắt................................. 70
B¶ng 2.36: Mã hóa khả năng ñiều kiện làm việc của dụng cụ cắt ................. 71
B¶ng 2.37: Mã hóa các dữ liệu chính về ñồ gá............................................. 71
B¶ng 2.38: Mã hóa về ñặc trưng và kích thước ñồ gá ................................... 72
B¶ng 2.39: Mã hóa khả năng liệu ñiều kiện làm việc của ñồ gá .................... 72
B¶ng 2.40: Mã hóa các dữ liệu chính về trang bị công nghệ ........................ 72
B¶ng 2.41: Mã hóa về ñặc trưng và kết cấu và kích thước trang bị công nghệ ..... 73
B¶ng 2.42: Mã hóa khả năng sử dụng của trang bị công nghệ...................... 73
B¶ng 2.43: Mã hóa ñiều kiện làm việc của trang bị công nghệ .................... 73
B¶ng 2.44: Mã hóa các loại dữ liệu về kinh tế ............................................. 74
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
viii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Vị trí, chức năng của thiết kế QTCN gia công cắt gọt......................7
Hình 1.2: Mô hình thiết kế QTCN gia công cắt gọt .........................................8
Hình 1.3: Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN cắt gọt...14
Hình 1.4: Sơ ñồ phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt thông
thường............................................................................................16
Hình 1.5: Sơ ñồ phân loại chi tiết gia công ....................................................21
Hình 1.6: Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở công
nghệ nhóm, công nghệ ñiển hình và công nghệ tổ hợp. ..................22
Hình 1.7: Hình thức làm việc phần mềm hệ chuyên gia.................................25
Hình 1.8: Cấu trúc của hệ chuyên gia tự ñộng thiết kế QTCN cắt gọt............25
Hình 1.9: Sơ ñồ phương pháp thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt............29
Hình 2.1: Cấu trúc bước gia công ..................................................................37
Hình 2.2: Sơ ñồ phân loại các bề mặt gia công ..............................................46
Hình 2.3: Sơ ñồ phân loại các bề mặt cong ngoài không tròn xoay................47
Hình 2.4: Sơ ñồ phân loại các bề mặt lỗ tròn xoay.........................................48
Hình 2.5: Sơ ñồ phân loại các bề mặt cong lỗ không tròn xoay .....................49
Hình 2.6: Sơ ñồ phân loại các bề mặt phẳng..................................................50
Hình 2.7: Sơ ñồ phân loại các bề mặt phẳng chi tiết không tròn xoay............51
Hình 2.8: Sơ ñồ phân loại các bề mặt phẳng lỗ chi tiết không tròn xoay........52
Hình 2.9: Giải thuật về dữ liệu chi tiết gia công ............................................59
Hình 3.11: Giải thuật vẽ dụng cụ cắt tự ñộng ...............................................78
Hình 3.12: Giải thuật vẽ tự ñộng ñồ gá.........................................................79
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
ix
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
1) QTCN – Quy trình công nghệ
2) CAD – Computer Aided Design
3) CAM - Computer Aided Manufacturing
4) CAPP - Computer Aided Production planning
5) CNC - Computer Numberical Control
6) FMC – Flexible Manufacturing Cell
7) FMS - Flexible Manufacturing Systems
8) CIM – Computer Intergrated Manufacturing
9) PT – Phương trình
10) MS – Mã số
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
x
MỞ ðẦU
Ngày nay nhắc ñến tự ñộng hoá quá trình công nghệ không còn là một
khái niệm mơ hồ nữa mà nó ñã ñược ứng dụng rộng rãi trên thế giới và trong
mọi lĩnh vực. Trong mấy thập kỷ gần ñây với sự phát triển mạnh mẽ của khoa
học và sự bùng nổ thông tin, sự phát triển mạnh mẽ máy tính ñiện tử và công
nghệ ñiện tử, vi ñiện tử, bán dẫn và các dụng cụ chính xác khác… cộng với sự
phát hiện nhiều quy luật ñiều khiển mới, thúc ñẩy quá trình tự ñộng hoá công
nghệ cũng phát triển mạnh mẽ, sâu rộng và ngày càng hoàn thiện hơn.
Hoà chung nền khoa học của thế giới, nền sản xuất nước ta cũng dần ñi
vào phát triển lĩnh vực này. Với ñặc ñiểm là một nước ñang phát triển, nền
khoa học kỹ thuật còn non kém, trong khi ñó sự phát triển khoa học như vũ
bão ñã ñẩy nước ta cũng như các nước ñang phát triển khác rơi vào hoàn cảnh
trở thành nơi chứa ñựng các dây chuyền lạc hậu từ các nước phát triển hơn,
hoặc bị khống chế về công nghệ. Trước tình hình như vậy ñòi hỏi cần có một
ñội ngũ kỹ sư phải hiểu biết về lĩnh vực tự ñộng hoá, am hiểu về công nghệ và
có tính năng ñộng, tự chủ ñể ñáp ứng yêu cầu của xã hội. Chính vì vậy ngành
“ Tự ñộng hoá quá trình’’ ñược xem là một trong những ngành chủ chốt
trong các lĩnh vực công nghệ cơ khí hiện nay.
Với sự hỗ trợ của khoa học kỹ thuật hiện ñại, công nghệ chế tạo máy ñã
có sự ñột phá mang tính cách mạng. ðó là sự hiện diện của máy tính ñiện tử,
kỹ thuật ñiều khiển tự ñộng, máy công cụ CNC có ñộ chính xác cao và rôbốt
công nghiệp. Những nhân tố này ñã mang lại cho ngành chế tạo máy một diện
mạo mới, với tính hiệu quả, kinh tế, chính xác, linh hoạt ñược nâng cao một
cách rõ rệt.
Một trong những lý do khiến ngành công nghệ chế tạo máy hiện ñại có
ñược những ưu ñiểm ñã nêu là con người ñã biết ứng dụng kỹ thuật tin học
trong thiết kế và chế tạo các sản phẩm cơ khí. Với ñề tài này giới thiệu về
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
1
cách thức xây dựng phương pháp tự ñộng hóa thiết kế quy trình công nghệ
trong sản xuất cơ khí (CAP - Computer Aided Planning).
Phương pháp tự ñộng hóa thiết kế quy trình công nghệ có trợ giúp của
máy tính ñược xây dựng trên cơ sở hệ phần mềm thiết kế công nghệ cơ khí
kết hợp giữa tri thức và kinh nghiệm thiết kế công nghệ cùng với toán tối ưu,
bao gồm: hệ cơ sở dữ liệu, thuật giải, chương trình máy tính, khi ñó: các dữ
liệu này ñược mã hóa và là cơ sở ñể tiến hành việc tự ñộng hóa thiết kế với
các công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí với các thông số công nghệ tối ưu; Quy
trình công nghệ ñược thiết kế tự ñộng với các thông số công nghệ ñược tính
toán một cách nhanh chóng thông qua các chương trình máy tính. Kết quả là:
cho phép thiết lập ñược quy trình công nghệ cho sự ra ñời của sản phẩm với
sự chính xác theo yêu cầu và thời gian ñược rút ngắn. Cho nên tính linh hoạt
trong sản xuất, năng suất và chất lượng sản phẩm ñược nâng cao; Cho phép
rút ngắn thời gian và khối lượng kiến thức cần trang bị cho nhân công vì phần
lớn quá trình công nghệ ñược thiết kế tự ñộng. Do ñó mà chi phí cho ñào tạo
nhân lực giảm. Vì thế nhằm ñưa nước ta từ nước kinh tế kém phát triển
chuyển sang nước có nền công nghiệp hiện ñại ñang ñặt ra yêu cầu hết sức
cấp thiết ñối với ngành cơ khí chế tạo máy hiện ñại ñủ khả năng chế tạo ra các
thiết bị máy móc cho các ngành kinh tế khác, ñáp ứng yêu cầu công cuộc
công nghiệp hóa, hiện ñại hóa ñất nước.
Nền công nghiệp cơ khí hóa hiện ñại ñó phải ñáp ứng các tiêu chí:
- Trang thiết bị, máy móc hiện ñại, tự ñộng hóa và linh hoạt.
- Công tác thiết kế, chuẩn bị sản xuất phải ñược tiến hành tự ñộng, ñảm
bảo thời gian thiết kế nhanh chóng, chính xác.
Mặt khác trên thế giới, trình ñộ sản xuất của ngành cơ khí chế tạo máy
phát triển ở mức ñộ cao ( High tech). Sự ra ñời của hàng loạt máy móc thiết bị
có mức ñộ tự ñộng hóa cao, linh hoạt trong sản xuất ( CNC, FMC, FMS,
trung tâm gia công,v.vv…), sự ra ñời các phương pháp gia công mới cộng với
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
2
những phát triển nhảy vọt về trình ñộ thiết kế, chuẩn bị sản xuất ñang tiến tới
tự ñộng hóa, xuất hiện sự tích hợp tự ñộng hóa thiết kế và tự ñộng hóa quá
trình sản xuất
( CIM ). Chính vì vậy mà sản xuất cơ khí chế tạo máy của các nước
công nghiệp phát triển cao ñã sản xuất ra những thiết bị máy móc có chất
lượng cao, giá thành hạ.
Trong bối cảnh như vậy, ñể tránh khỏi nguy cơ tụt hậu về kỹ thuật ngày
càng xa và ñáp ứng ñược nhu cầu thực tế của công cuộc công nghiệp hóa,
hiện ñại hóa thì ngành cơ khí chế tạo máy chúng ta phải ứng dụng những
thành tựu khoa học của thế giới ñể thay ñổi trang thiết bị máy móc hiện ñại.
ðặc biệt phải thay ñổi phương thức thiết kế, chuẩn bị sản xuất và không có gì
khác là phải tự ñộng hóa, phải thực hiện trên máy tính. Có như vậy chúng ta
mới ñảm bảo quá trình thiết kế, chuẩn bị sản xuất nhanh chóng, chính xác.
Nhận thức vấn ñề này, tôi ñã chọn ñề tài nghiên cứu “ Xây dựng
phương pháp tự ñộng hóa thiết kế quy trình công nghệ gia công cắt gọt’’ với
mong muốn nghiên cứu tiếp cận những tiến bộ khoa học kỹ thuật và công
nghệ, kế thừa có chọn lọc những kết quả nghiên cứu của các công trình
nghiên cứu về lĩnh vực tự ñộng hóa thiết kế QTCN cắt gọt.
Việc xây dựng hệ thống tự ñộng hóa thiết kế quy trình công nghệ cắt
gọt là ñề tài rất thiết thực, cấp thiết với thực tế sản xuất của ngành cơ khí chế
tạo máy. Bởi vì ngành cơ khí chế tạo máy hiện nay của nước ta có cơ sở vật
chất, máy móc thiết bị hết sức cũ nát, thiếu thốn không ñồng bộ. ðặc biệt
công tác thiết kế, chuẩn bị sản xuất còn ñang thực hiện bằng tay, dựa vào kinh
nghiệm, bảng tra cứu. v.v…Phương thức thiết kế lạc hậu này không cho phép
chúng ta thực hiện công tác thiết kế nhanh chóng, không cho phép chúng ta có
thể tính toán nhiều phương án so sánh, lựa chọn ñược phương án tối ưu.
Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài là:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
3
• Lý thuyết: Nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết và phương pháp
tự ñộng hóa thiết kế QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở sử dụng các thành tựu
khoa học tiên tiến của nền sản xuất cơ khí chế tạo máy hiện ñại, của khoa học
tối ưu, của tự ñộng hóa thiết kế nhất là tự ñộng hóa thiết kế công nghệ gia
công cắt gọt. v.vv…
• Thực tiễn: Tạo lập chương trình máy tính tự ñộng hóa thiết kế
QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở lý thuyết và phương pháp tự ñộng hóa thiết
kế QTCN gia công cắt gọt ñã xây dựng.
Nội dung trình bày trong luận văn thạc sỹ gồm:
Chương I: Tổng quan về ứng dụng máy tính trong thiết kế QTCN gia
công cắt gọt
Chương II: Cơ sở lý thuyết tự ñộng hóa thiết kế QTCN gia công cắt
gọt, hệ dữ liệu và ngân hàng dữ liệu của tự ñộng hóa thiết kế QTCN gia công
cắt gọt
Chương III: Tạo lập tự ñộng tài liệu thiết kế và phương pháp mô phỏng
quá trình gia công cắt gọt trên máy tính.
Kết quả, kết luận và kiến nghị
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
4
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG MÁY TÍNH ðỂ THIẾT KẾ
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT GỌT
1.1- SẢN XUẤT CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY VỚI SỰ TÁC ðỘNG CỦA CAD/CAM
Quá trình sản xuất cơ khí chế tạo máy là quá trình con người với sự tổ
chức chặt chẽ, khoa học thông qua các công cụ sản xuất ( máy móc thiết bị,
dụng cụ gia công , trang bị công nghệ, v.v…) tác ñộng vào ñối tượng gia
công( còn gọi là chi tiết gia công) nhằm biến ñổi ñối tượng gia công từ hình
dáng, kích thước và các tính chất cơ, lý, hóa tính theo yêu cầu ñã ñược thiết
kế trước.
Trong thời ñại hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của máy tính và công
nghệ tin học ñã có những tác ñộng hết sức to lớn với quá trình sản xuất cơ
khí, ñang mở ra một giai ñoạn phát triển mới cho sản xuất cơ khí chế tạo máy.
Máy tính và công nghệ tin học hoàn toàn có thể ứng dụng trong tất cả
các công ñoạn, các công việc của quá trình sản xuất cơ khí chế tạo máy ñó là:
- Ứng dụng trong công tác tổ chức, quản lý, hoạch toán, soạn thảo các
tài liệu công văn của nhà máy, xí nghiệp.
- Ứng dụng trong công tác thiết kế nguyên lý ( Computer Aided
Design- CAD) như:
+) Ứng dụng trong thiết kế nguyên lý, thiết kế kết cấu của các máy
móc, thiết bị, sản phẩm cơ khí.
+) Ứng dụng trong thiết kế công nghệ chế tạo
+) Ứng dụng trong xây dựng kế hoạch sản xuất
( Computer Aided Production Planning- CAPP).
- Ứng dụng trong công tác sản xuất chế tạo ( Computer Aided
Manufacturing – CAM), ñó là ứng dụng trong công việc ñiều khiển các máy
móc gia công chế tạo sản phẩm cơ khí.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
5
Quá trình gắn kết CAD với CAM, ñược gọi tích hợp CAD/CAM ñã tiến
tới tự ñộng hóa quá trình thiết kế và quá trình chế tạo các sản phẩm cơ khí
Việc ứng dụng máy tính và ñặc biệt là CAD/CAM ñã tạo ra bước ngoặt
cho ngành cơ khí chế tạo máy hiện ñại, làm thay ñổi diện mạo, phương thức
tổ chức, phương thức thiết kế, phương thức ñiều khiển, v.v…Cho phép sản
xuất cơ khí chế tạo máy có tính linh hoạt cao, ñạt chất lượng sản phẩm tốt và
năng suất lao ñộng cao.
ðối với Việt Nam, nền cơ khí chế tạo máy với những thiết bị cũ, lạc
hậu, phương thức làm việc trong công tác tổ chức, thiết kế hoàn toàn thủ công
bằng tay, thì vấn ñề ứng dụng máy tính trong sản xuất cơ khí và nhất là
CAD/CAM ñang là vấn ñề rất lớn, là vấn ñề sống còn trong ngành cơ khí chế
tạo máy. Song CAD/CAM là một khối lượng công việc hết sức lớn, ñồ sộ. Vì
vậy trong luận văn này chúng tôi chỉ ñặt ra mục tiêu là nghiên cứu xây dựng
chương trình máy tính ñể thiết kế QTCN gia công cắt gọt, một công việc của
CAD và rất quan trọng trong tích hợp CAD/CAM.
1.2- THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ ỨNG DỤNG MÁY TÍNH
TRONG THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CẮT GỌT
ðể sản xuất cơ khí ñạt ñược chất lượng và năng suất cao, ngoài việc ñổi
mới thiết bị máy móc hiện ñại, tự ñộng hóa thì công tác chuẩn bị sản xuất,
thiết kế QTCN phải ñược tổ chức khoa học, tự ñộng thì mới ñảm bảo quá
trình sản xuất, thiết kế QTCN nhanh chóng, chính xác và nhất là có thể tính
toán so sánh giữa các phương án ñể xác ñịnh ñược phương án tối ưu.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
6
1.2.1- Thiết kế QTCN gia công cắt gọt
Công việc thiết kế QTCN gia công cắt gọt có vị trí rất quan trọng trong
quá trình sản xuất cơ khí như hình 1.1
Thị
trường
Yªu cÇu s¶n
phÈm
Thiết kế QTCN
gia công cắt gọt
ðiều
kiện
sản
xuất
Nguyên vật
liệu, máy móc,
dụng cụ, TBCN
Thông tin
phản hồi
Thị
trường
Tài
liệu
công
nghệ
Quá trình sản
xuất cơ khí
Sản phẩm
Hình 1.1: Vị trí, chức năng của thiết kế QTCN gia công cắt gọt
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
7
Mục tiêu của công tác thiết kế QTCN gia công cắt gọt là ñảm bảo quá
trình chế tạo sản phẩm cơ khí ổn ñịnh và tin cậy theo quy mô và ñiều kiện sản
xuất ñể ñạt hiệu quả kinh tế cao nhất.
Chức năng của công tác thiết QTCN gia công cắt gọt là:
- Thiết kế và thử nghiệm QTCN chế tạo sản phẩm.
- Giám sát, ñiều khiển quá trình sản xuất.
Quan hệ giữa công tác thiết kế QTCN gia công cắt gọt và quá trình
sản xuất là quan hệ tương hỗ, tác ñộng hoàn thiện lẫn nhau. ðảm bảo chất
lượng thiết kế QTCN là tạo ñiều kiện cho quá trình sản xuất ñạt hiệu quả cao.
1.2.2- Mô hình thiết kế QTCN gia công cắt gọt.
Mô hình thiết kế QTCN gia công cắt gọt như hình 1.2
ðối tượng gia công
- Bản vẽ
- Yêu cầu kỹ thuật
- Sản lượng
Môi trường sản xuất
- Máy móc, dụng cụ
- Trang bị công nghệ
- Nhà xưởng,…
THIẾT KẾ
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Hệ thống
bảng tra cứu
Tài liệu thiết kế
- Bản vẽ công nghệ
- Phiếu nguyên công
- Hướng dẫn công nghệ
Hình 1.2: Mô hình thiết kế QTCN gia công cắt gọt
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
8
a) Thông tin ñầu vào
Thông tin ñầu vào của thiết kế QTCN gia công cắt gọt bao gồm:
*) ðiều kiện- quy mô sản xuất như:
- Máy móc, thiết bị.
- Dụng cụ cắt gọt.
- ðồ gá và trang bị công nghệ.
- Nguyên, nhiên vật liệu.
- Nhà xưởng.
- Tình hình sản xuất hiện tại của nhà máy, phân xưởng.
- V.vv…
*) Các thông số của sản phẩm cần sản xuất như:
- Hình dáng hình học, kích thước, ñộ chính xác, ñộ bóng các bề mặt gia
công.
- Các yêu cầu về cơ lý hóa tính ñạt ñược sau khi gia công.
- Sản lượng theo thời gian,.v. v…
b) Hệ thống các bảng tra cứu
Trong quá trình thiết kế QTCN gia công cắt gọt, ta phải sử dụng số liệu
từ các bảng tra cứu ñược xây dựng từ quá trình thực nghiệm và kinh nghiệm
như: các hệ số ñể tính chế ñộ cắt; tốc ñộ, lượng chạy dao và các thông số
khác của máy công cụ; các thông số dụng cụ cắt và trang bị công nghệ; các
tính chất phôi liệu và tính chất cơ lý của vật liệu; các thông số về kinh
tế,.v.v…
c) Thông tin kết quả
Thông tin kết quả là QTCN gia công cắt gọt ñược thể hiện bằng các tài
liệu công nghệ, ví dụ bản vẽ công nghệ bao gồm các nội dung sau:
*) Bề mặt gia công:
- Hình dáng, kích thước.
- ðộ chính xác và ñộ bóng bề mặt cần ñạt,.v.v…
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
9
*) Sơ ñồ gá ñặt, ñồ gá.
*) Phiếu nguyên công: máy móc, dụng cụ cắt, chế ñộ công nghệ,.v.v…
1.2.3- Các phương thức thiết kế QTCN gia công cắt gọt
Các phương thức thiết kế QTCN có thể ñược thực hiện là: Thủ công bằng
tay với các công cụ thiết kế ( bút, giấy, dụng cụ vẽ), cơ khí và bằng máy tính
Các ñặc trưng cơ bản của các phương thức như bảng 1.1
Bảng 1.1: ðặc trưng cơ bản của các phương thức thiết kế QTCN cắt gọt
Các ñặc trưng
Các phương thức thiết kế QTCN gia công cắt gọt
cơ bản
Thủ công
Cơ khí
Máy tính
Phương tiện ghi
Giấy viết, giấy in,
Vi phim
Màn hình
nhận giữ liệu
giấy vẽ
Hệ thống lưu giữ
Tủ, phích ñựng
Bìa lỗ ghi số liệu
Bộ lưu giữ dùng
hồ sơ, bản vẽ
vi phim, bộ chứa
băng từ, lõi ferit,
các vi phim,
ñĩa mềm
(Display)
cataloge
Phương thức xác
ðọc trực tiếp từ
ñịnh giữ liệu
giấy, bản vẽ
Khả năng diễn
Thủ công, bản vẽ
Nhận biết qua các ðọc từ bản ghi do
ảnh rửa từ phim,
máy ñọc dịch
ñọc vi phim qua
cung cấp, nhận
máy phóng vi
biết qua màn hình
phim
và máy vẽ
Thủ công, bản vẽ
Tự ñộng dùng
máy vẽ, viết
ñạt
Phương thức
Thư, ñiện thoại,
Thư, ñiện thoại,
Thiết bị thông tin
thông tin
Telex
Telex
xa
Khả năng sử
Hầu như không
Trong phạm vi
Tốt, phạm vi rộng
dụng các phương
hẹp
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
10
án cũ
Ảnh hưởng chủ
quan của người
Lớn
Giảm
Rất ít
Người- Người
Người- Người
Người- Máy tính
Hầu như không
Có
Bắt buộc
Rất thấp
Rõ
thiết kế
Phương thức ñối
thoại (Dialog)
Khả năng thiết kế
theo cách lập và
so sánh nhiều
phương án
Mức ñộ diễn ñạt
chung
Rất rõ, bằng thuật
toán cụ thể
Qua sự phân tích ñặc trưng cơ bản của các phương thức thiết kế QTCN
gia công cắt gọt cho ta thấy sử dụng máy tính là phương thức thiết kế bán tự
ñộng- tự ñộng và là phương pháp tiên tiến hiện nay, ñem lại hiệu quả kinh tế,
tính chính xác của công tác thiết kế QTCN gia công cắt gọt rất cao. ðặc biệt
ñối với thiết kế và ñiều khiển các hệ thống công nghệ có tính ngẫu nhiên, phụ
thuộc thời gian, yêu cầu ñộ tin cậy và tính linh hoạt cao thì sử dụng máy tính
càng phù hợp.
Sử dụng phương thức thiết kế QTCN gia công cắt gọt bằng máy tính sẽ
ñảm bảo cho ngành cơ khí chế tạo máy nâng cao ñược năng suất và chất
lượng sản phẩm, ñáp ứng các yêu cầu ngày càng ña dạng của ñời sống và của
các ngành kinh tế xã hội khác. ðặc biệt trong cơ chế kinh tế thị trường thì sản
phẩm cơ khí ngoài năng suất, chất lượng còn ñòi hỏi phải có tính cạnh tranh
cao, giá thành hạ.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
11
Nói một cách khác công tác thiết kế QTCN gia công cắt gọt phải ñược
tiến hành hoàn toàn tự ñộng mới ñảm bảo thời gian thiết kế nhanh, tính chính
xác cao trên cơ sở tính toán, thiết kế tối ưu.
ðồng thời ñối với ngành cơ khí chế tạo máy hiện ñại sử dụng càng
nhiều máy móc hiện ñại và tự ñộng ở mức ñộ cao như các máy CNC, FMS,
FMC, trung tâm gia công, hệ thống sản xuất CIM,.v.v. ñòi hỏi chúng ta phải
tự ñộng hóa quá trình thiết kế công nghệ, phải giải quyết thiết kế QTCN gia
công tối ưu thì hiệu quả sử dụng các thiết bị máy móc ñó mới cao, nếu không
thì dễ dẫn tới thua lỗ. Bởi vậy ñối với hệ thống này luôn luôn ñặt ra vấn ñề
tích hợp CAD/CAM.
Phương hướng phát triển của công tác thiết kế QTCN gia công cắt gọt
trong ngành chế tạo máy hiện nay là:
Thứ nhất là:
Nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp kỹ thuật nhằm rút ngắn thời
gian và giảm khối lượng lao ñộng của con người, nâng cao chất lượng, hiệu
quả của quá trình thiết kế QTCN bằng ứng dụng máy tính trong thiết kế
QTCN, tiến tới tự ñộng hóa toàn bộ công việc thiết kế QTCN.
Nghiên cứu ứng dụng nguyên lý CIM ( computer Intergrated
Manufacturing) thực hiện quá trình thiết kế và sản xuất hoàn toàn tự ñộng
bằng máy tính trên cơ sở tích hợp tự ñộng hóa thiết kế ( CAD- Computer
Aided Design) và tự ñộng háo thiết kế (
CAD- Computer Aided
Manufacturing). Ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM cho phép ta giải quyết nhiều
vấn ñề phức tạp, mang tính tổng hợp, có thể xử lý nhiều phương án ñể chọn
phương án tối ưu.
Thứ hai là:
Thông qua việc ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM trong thiết kế QTCN,
chỉ ra ñược cách thức cải tiến, nâng cao khả năng làm việc của máy móc, thiết
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
12
bị, của dụng cụ cắt,.v.v. nhằm không ngừng nâng cao tính hiệu quả của quá
trình công nghệ.
Tóm lại, ứng dụng máy tính trong thiết kế QTCN gia công cắt gọt sẽ là:
- Tăng hiệu suất của quá trình thiết kế.
- Nâng cao chất lượng thiết kế.
- Nâng cao khả năng thu nhập, liên kết công nghệ thông tin.
- Tạo ra cơ sở dữ liệu cho quá trình sản xuất.
Máy tính và công nghệ tin học hoàn toàn có thể ứng dụng vào tất cả các
công ñoạn của quá trình thiết kế QTCN gia công cắt gọt như:
- Ứng dụng ñể tính toán, tra cứu số liệu,.v.v.
- Ứng dụng ñể lựa chọn, xác ñịnh phương án trình tự gia công
- Ứng dụng trong chuyển giao dữ liệu cho quá trình sản xuất và ñiều
khiển quá trình sản xuất.
- V. v…
Việc ứng dụng máy tính trong quá trình thiết kế QTCN gia công cắt gọt
có thể áp dụng cho một vài công việc cho ñến tự ñộng hóa hoàn toàn.
1.2.4- Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính thiết kế QTCN gia công cắt gọt
Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN gia công cắt
gọt ñược mô tả như hình 1.3
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
13
ðối tượng gia công
- Bản vẽ
- Yêu cầu kỹ thuật
- Sản lượng
Môi trường sản xuất
- Máy móc, dụng cụ
- Trang bị công nghệ
- Nhà xưởng…
Hệ thống
ngân hàng
dữ liệu
CHƯƠNG TRÌNH MÁY
TÍNH THIẾT KẾ QTCN
GIA CÔNG
TÀI LIỆU THIẾT KẾ
- Bản vẽ công nghệ
- Hướng dẫn công nghệ
- Chương trình gia công NC và CNC
Hình 1.3: Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN cắt gọt
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..
14
