lựa chọn dụng cụ tự động cho nguyên công uốn kim loại tấm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ANH TRÍ

LỰA CHỌN DỤNG CỤ TỰ ĐỘNG
CHO NGUYÊN CÔNG UỐN KIM LOẠI TẤM
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 3 9 9 4

Tp. Hồ Chí Minh, 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ANH TRÍ

LỰA CHỌN DỤNG CỤ TỰ ĐỘNG CHO NGUYÊN CÔNG UỐN
KIM LOẠI TẤM

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2013

(dòng 25)

Tp. Hồ Chí Minh, tháng …/… (chữ thường, cỡ 13; ghi tháng năm bảo vệ)


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ANH TRÍ

LỰA CHỌN DỤNG CỤ TỰ ĐỘNG CHO NGUYÊN CÔNG UỐN

KIM LOẠI TẤM

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204
Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THỊ HỒNG MINH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 / 2013

(dòng 25)

Tp. Hồ Chí Minh, tháng …/… (chữ thường, cỡ 13; ghi tháng năm bảo vệ)


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Nguyễn Anh Trí

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 12/02/1985

Nơi sinh: Tp.HCM

Quê quán: Đồng Nai

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:48/7A – Đường số 3 – Khu phố 6 – Phường
Trường Thọ - Quận Thủ Đức – Thành phố Hồ Chí Minh.
Điện thoại: 0987765609
E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 2003 đến 2008

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật TpHCM
Ngành học: Kỹ thuật công nghiệp
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Xây dựng mô hình tấm vỏ mỏng –
Phân đoạn cơ bản tàu chở hàng 15000DWT – Quy trình công nghệ thi công phân
đoạn – Kiểm tra chất lượng mối hàn phân đoạn.
Người hướng dẫn: Trần Thế San
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

2008

Công ty IMECO Thủ Đức
Trường Cao đẳng nghề Công nghệ
cao Đồng An

2009 - Nay

Công việc đảm nhiệm

i

Thiết kế
Giảng viên khoa Cơ khí


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2013
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Anh Trí

ii


CẢM TẠ
Em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của Cô Nguyễn Thị Hồng
Minh, Viện phó Viện cơ khí, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, dù Cô rất bận rộn và xa
cách về mặt địa lý nhưng Cô đã luôn tạo những điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn
thành luận văn này.
Em cũng xin kính gởi lời cảm ơn đến thầy Lê Hiếu Giang, Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật TPHCM đã tạo điều kiện cho em có thể tiếp cận hướng nghiên cứu mới.
Con xin gửi lòng biết ơn chân thành nhất đến bố mẹ, chị, em gái và gia đình đã
luôn bên cạnh, động viên con trong suốt thời gian này.
Cuối cùng em xin cám ơn tất cả những người bạn đã giúp đỡ em trong suốt quá
trình thực hiện luận văn này.

iii

TÓM TẮT
Ngày này những sản phẩm kim loại tấm đã được sử dụng rất rộng rãi trong các
ngành công nghiệp. Trong đó, chi tiết được tạo thành bằng cách uốn theo những
đường uốn thẳng trên tấm kim loại phẳng đã được trải mẫu theo bản vẽ thiết kế
tương ứng. Thiết kế quy trình công nghệ cho chi tiết uốn bao gồm các nhiệm vụ có
mối quan hệ mật thiết với nhau, như trải mẫu, tính toán các thông số gia công và lựa
chọn dụng cụ, lập thứ tự uốn và xác định dung sai. Trong luận văn này, vấn đề về
lựa chọn dụng cụ sẽ được đề cập đến.
Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp, độ phức tạp của chi
tiết cũng như sự đa dạng của dụng cụ uốn cũng gia tăng đáng kể. Thực tế này đã
gây khó khăn trong việc lựa chọn những dụng cụ thích hợp và không gây va đập
cho các đường uốn dựa trên quá trình mô tả về chi tiết. Trong khi đó, mối quan hệ
qua lại giữa lựa chọn dụng cụ và thứ tự uốn đã làm cho việc lựa chọn dụng cụ tự
động trở thành một bài toán không dễ dàng.
Luận văn đưa ra một hướng giải quyết nhằm làm giảm sự phức tạp của vấn đề
như sau : lựa chọn dụng cụ sẽ được tiến hành theo hai bước, đó là tiền lựa chọn và
lựa chọn tinh. Trong bước tiền lựa chọn, những dụng cụ sẽ được lựa chọn trước dựa
trên việc phân tích hình dáng chi tiết cũng như hình dáng dụng cụ. Bằng cách phát
hiện ra các đặc trưng hình học địa phương tồn tại trong chi tiết uốn, lượng hóa các
đặc trưng hình học địa phương này để tìm ra những dụng cụ thích hợp, loại bỏ được
những dụng cụ có thể gây ra va đập khi gia công những đặc trưng hình học địa
phương đó. Mặc dù những dụng cụ được lựa chọn trước theo các trên cho phép
tránh được hầu hết các va đập, nhưng những va đập phụ có thể xuất hiện vì dụng cụ
được lựa chọn dựa trên các đặc trưng hình học địa phương chưa lường trước được
những va đập gây ra dựa trên hình dạng tổng thể của chi tiết một cách tức thời trong
suốt quá trình uốn. Vì thế bước lựa chọn tinh sẽ lọc lại các dụng cụ đã được lựa
chọn trước bằng cách xem xét các thông tin phản hồi từ mỗi bước của thứ tự uốn.
Trong suốt giai đoạn này, dữ liệu va đập giữa dụng cụ và chi tiết sẽ được ghi nhận

iv


lại và được xử lý để đưa ra thêm các yêu cầu bổ sung về thông số dụng cụ cho quá
trình lựa chọn. Vì vậy sau bước này, những dụng cụ được lựa chọn sẽ tương thích
với hình dạng tổng thể của chi tiết trong toàn bộ quá trình uốn.
Trong luận văn, những thuật toán sẽ được đề xuất nhằm giúp phát hiện nhanh
các đặc trưng hình học địa phương cũng như cách thức lượng hóa chúng. Đồng thời
luận văn cũng sử dụng phần mềm MATLAB làm công cụ cho quá trình lựa chọn
dụng cụ tự động. Chương trình MATLAB được thực hiện qua bốn bước : bước đầu
tiên sẽ tìm ra các đặc trưng hình học địa phương tồn tại trong chi tiết; bước thứ hai
sẽ lượng hóa các đặc trưng hình học địa phương đã được tìm ra ở bước thứ nhất, kết
quả đưa ra là các dụng cụ thỏa mãn với từng loại đặc trưng hình học địa phương,
giúp loại bỏ đi các dụng cụ không phù hợp, đây cũng là bước tiền lựa chọn; bước
thứ ba sẽ tìm tọa độ các điểm dễ xảy ra va đập với một thứ tự uốn nhất định đã được
lựa chọn trước; bước thứ tư sẽ lấy kết quả từ bước thứ hai và bước thứ ba để tiến
hành lựa chọn tinh lần cuối, kết quả đưa ra là các dụng cụ thỏa mãn với tất cả các
đường uốn và phù hợp với quá trình uốn được lựa chọn.

v


ABSTRACT
Sheet metal products are widely used in various industries nowadays. Among
those, bent parts are made by performing linear bends on the sheet metal blanks
prepared arccording to the unfolding of the corresponding designs. Process planning
for bent parts consists of closely related tasks, such as unfolding generation,
operation parameters and tool selection, bend sequencing and tolerance verification.
Aiming at an automated process planning (CAPP) for bent parts, the aspects of tool
selection has been tackled in this study.

Regarding the aspect of tool selection, due to the requirements in the industry,
both part complexity and tool variety for bending have increased. This fact hinders a
simple mapping between compatible and collision-free tools to bend lines merely
based on part descriptions. Meanwhile, the interrelation between tool selection and
bend sequencing makes automated tool selection a combinatorial problem.
This research will give a strategy to downscale the problem complexity : tool
selection will be executed by two steps : preselection and refined selection. In the
first step, tools will be selected based on analyzing the part geometry and tool
geometry. By detecting local details, and evaluating them to find the suitable tools,
eliminate the tools can make collision. Even though the preselected tools allow
avoiding most collisions, additional collisions often happen since the tools selected
based on the local details cannot take into account the global geometry of the
intermediate part during processing. The second step thus refines the preselected set
by the data feedback from the bend sequencing module. During this procedure, the
collision data between the tool and the part are recorded and processed to derive
additional requirements for the tools. The tools used are therefore adjusted based on
the global geometry of the part during bending.
In this research, algorithms will be presented to help finding the local details
quickly and evaluating them. In addition, this research uses MATLAB software for
automated tool seletion. The MATLAB programs have four steps : in step one, local

vi


details residing in the part will be detected; in step two, these local details are
evaluated to find the suitable tools with each local detail; in step three, the
coordinate of collision points between part and tool will be calculated based on a
certain bending sequence; step four is the refined selection step and the selected tool
will adjust with global geometry of the part.

vii


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ...................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................. ii
CẢM TẠ .......................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ........................................................................................................................ iv
ABSTRACT ..................................................................................................................... vi
MỤC LỤC ..................................................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH .............................................................................................. xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................................ xiv
CHƢƠNG 1 ..................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN .................................................................................................................. 1
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc đã công bố. ................................................................................................ 1
1.1.1.

Nguyên công uốn kim loại tấm .................................................................... 1

1.1.2. Lập kế hoạch sản xuất với sự trợ giúp của máy tính trong nguyên công uốn
kim loại tấm .............................................................................................................. 4
1.2.

Mục tiêu của luận văn ..................................................................................... 15

1.3.

Giới hạn luận văn ............................................................................................ 16

1.4.

Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 17

1.5.

Kết cấu của luận văn ....................................................................................... 17

1.6.

Tiểu kết chƣơng 1 ............................................................................................ 18

CHƢƠNG 2 ................................................................................................................... 19
CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................................... 19
2.1. Điều kiện cứng trong việc lựa chọn dụng cụ. ..................................................... 19
2.1.1. Điều kiện công nghệ ...................................................................................... 19
2.1.2. Điều kiện hình học ......................................................................................... 25
2.2. Điều kiện mềm trong lựa chọn dụng cụ. ............................................................ 26
2.3. Vấn đề va đập trong nguyên công uốn kim loại tấm. ........................................ 27
2.4. Các bƣớc chiến lƣợc trong việc lựa chọn dụng cụ. ............................................ 28
2.5. Tiểu kết chƣơng 2. .............................................................................................. 29
CHƢƠNG 3 ................................................................................................................... 31

viii


KHẢ NĂNG TRÁNH VA ĐẬP CỦA DỤNG CỤ TRONG NGUYÊN CÔNG UỐN
KIM LOẠI TẤM ........................................................................................................... 31
3.1. Các phƣơng thức xác định dụng cụ khả thi. ........................................................ 31

3.2. Không gian tiếp cận của dụng cụ. ......................................................................... 36
3.3. Biên dạng dụng cụ tổng quát. ................................................................................ 38
3.4. Các thông số của biên dạng C. ............................................................................... 39
3.5. Tiểu kết chƣơng 3. .................................................................................................. 40
CHƢƠNG 4 ................................................................................................................... 41
ĐẶC TRƢNG HÌNH HỌC ĐỊA PHƢƠNG VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC
TRƢNG HÌNH HỌC ĐỊA PHƢƠNG .......................................................................... 41
4.1. Định nghĩa đặc trƣng hình học địa phƣơng. ...................................................... 41
4.2. Mô tả và phân loại các đặc trƣng hình học địa phƣơng. ................................... 42
4.3. Các va đập tiềm tàng. ......................................................................................... 43
4.4. Xác định các đặc trƣng hình học địa phƣơng. ................................................... 44
4.4.1. Xác định đặc trưng hình học địa phương U và Z ............................................ 44
4.4.2. Xác định đặc trưng hình học địa phương Ω . .................................................. 48
4.5. Tiểu kết chƣơng 4 ............................................................................................... 49
CHƢƠNG 5 ................................................................................................................... 50
LỰA CHỌN DỤNG CỤ DỰA TRÊN VIỆC ĐÁNH GIÁ CÁC GIÁ TRỊ CỦA CÁC
ĐẶC TRƢNG HÌNH HỌC ĐỊA PHƢƠNG ................................................................. 50
5.1. Các kiểu va đập ................................................................................................... 50
5.1.1. Định nghĩa ..................................................................................................... 50
5.1.2. Cơ sở cho việc nhận dạng kiểu va đập trong các giai đoạn khác nhau của việc
lựa chọn dụng cụ ..................................................................................................... 51
5.1.3. Xác định hướng va đập .................................................................................. 51
5.1.4. Các kiểu va đập cho các đặc trưng hình học địa phương ................................. 54
5.2. Quá trình đánh giá.............................................................................................. 55
5.2.1. Các yếu tố đầu vào cho quá trình đánh giá ..................................................... 55
5.2.2. Quy trình đánh giá ......................................................................................... 57
5.2.3. Lưu đồ biểu diễn quá trình lựa chọn dụng cụ tổng quát ................................. 64
5.3. Tiểu kết chƣơng 5. .............................................................................................. 65
CHƢƠNG 6 ................................................................................................................... 66
TRIỂN KHAI THUẬT TOÁN...................................................................................... 66

ix


6.1. Mô hình hóa các bƣớc trong chƣơng trình MATLAB ...................................... 66
6.1.1. Xác định các đặc trưng hình học địa phương .................................................. 66
6.1.2. Lượng hóa các đặc trưng hình học địa phương ............................................... 70
6.1.3. Lựa chọn dụng cụ dựa vào thứ tự uốn đã được lựa chọn trước ........................ 75
6.2. Áp dụng phần mềm MATLAB giải các bài toán cụ thể .................................... 76
CHƢƠNG 7 ................................................................................................................. 127
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 128
7.1. Kết luận ............................................................................................................. 128
7.2. Đề xuất .............................................................................................................. 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 131
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 138
Phụ lục 1 : Xác định các đặc trưng hình học địa phương U, Z, Ω ............................... 138
Phụ lục 2 : Lượng hóa các đặc trưng hình học địa phương tồn tại trong chi tiết .......... 140
Phụ lục 3 : Xác định tọa độ các điểm va đập thực tế theo thứ tự uốn đã chọn ............. 184
Phụ lục 4 : Lựa chọn dụng cụ theo thứ tự uốn đã chọn ............................................... 191
Phụ lục 5 : Hình dạng và thông số các loại chày ........................................................ 281
Phụ lục 6 .................................................................................................................. 289

x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Định nghĩa

2D

Hai chiều

3D

Ba chiều

CAPP

Lập kế hoạch sản xuất với sự trợ giúp của máy tính

CAD

Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

CAM

Gia công với sự trợ giúp của máy tính

CNC

Điều khiển theo chương trình số

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Phân loại các nguyên công trong dập tấm

1

Hình 1.2: Công dụng của các sản phẩm uốn kim loại tấm trong đời sống

2

Hình 1.3: Các giai đoạn uốn trên máy ép

4

Hình 1.4: Quy trình uốn và các bộ phận của máy uốn

4

Hình 1.5: Mô tả về dụng cụ theo [3]

10

Hình 1.6: Hệ thống lựa chọn dụng cụ theo [3]

12

Hình 1.7: Thông số dụng cụ theo [12]

14

Hình 2.1: Dụng cụ cơ bản của kỹ thuật tạo hình trên máy ép

22

Hình 2.2: Các thông số dụng cụ

24

Hình 2.3: Sự biến đổi của chi tiết trong quá trình uốn

29

Hình 3.1: Các biên dạng đặc biệt yêu cầu kỹ thuật uốn đáy

33

Hình 3.2: Các yêu cầu hình dạng cho việc lựa chọn chày

34

Hình 3.3: Các yêu cầu hình dạng cho việc lựa chọn cối

35

Hình 3.4: Không gian tiếp cận dụng cụ đơn lẻ

39

Hình 3.5: Biên dạng C của dụng cụ

40

Hình 3.6: Các thông số biên dạng C và cách phân tích

41

Hình 4.1: Các đặc trưng hình học địa phương cơ bản

45

Hình 5.1: Xác định hướng va đập

54

Hình 5.2: Chia mặt uốn thành các mặt phụ

54

Hình 5.3: Xác định hướng va đập

56

Hình 6.1: Nhập các thông số đầu vào cho bước xác định các đặc trưng hình học địa
phương

91

Hình 6.2: Nhập các thông số đầu vào cho bước 2

92

Hình 6.3: Nhập các thông số đầu vào theo thứ tự uốn đã chọn trước

94

Hình 6.4: Các thông số đầu vào cho bước lựa chọn tinh

95

xii


Hình 6.5: Nhập các thông số đầu vào cho bước xác định các đặc trưng hình học địa
phương

107

Hình 6.6: Nhập các thông số đầu vào cho bước 2

108

Hình 6.7: Nhập các thông số đầu vào theo thứ tự uốn đã chọn trước

109

Hình 6.8: Các thông số đầu vào cho bước lựa chọn tinh

110

Hình 6.9: Nhập các thông số đầu vào cho bước xác định các đặc trưng hình học địa

phương

120

Hình 6.10: Nhập các thông số đầu vào cho bước 2

123

Hình 6.11: Nhập các thông số đầu vào theo thứ tự uốn đã chọn trước

128

Hình 6.12: Các thông số đầu vào cho bước lựa chọn tinh

129

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 3.1: Cấu trúc của các quy tắc được sử dụng trong phương thức lựa chọn dụng cụ 36
Bảng 5.1: Các kiểu va đập cho các đặc trưng hình học địa phương

xiv

57

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu
trong và ngoài nƣớc đã công bố.
1.1.1. Nguyên công uốn kim loại tấm :

Công nghệ gia công kim loại tấm hiện nay rất đa dạng, bao gồm nhiều hướng
khác nhau như : gò, dập nguội, uốn...

Hình 1.1. Phân loại các nguyên công trong dập tấm.
Trong số đó, Uốn kim loại tấm là một quá trình định hình kim loại, trong đó
những tấm kim loại phẳng được uốn dọc theo những đường uốn để tạo thành những
chi tiết ba chiều. Quá trình phức tạp này có thể tạo ra những biên dạng uốn đa dạng
cả về hình dáng cũng như khối lượng chi tiết từ các mẫu nguyên được cắt ra từ tấm
kim loại phẳng.Phôi dùng trong nguyên công uốn có thể là phôi thanh, phôi hình,
nhưng phôi tấm và dải là phổ biến hơn cả. Các sản phẩm tạo thành từ uốn tấm ngày
càng lớn và phức tạp được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: hàng
không, điện, máy công cụ, điện lạnh, ôtô, … Các chi tiết tạo thành từ kim loại tấm
không những quan trọng về kết cấu mà còn ảnh hưởng đến độ thẩm mĩ của sản phẩm.

1


Hình 1.2. Ứng dụng của các sản phẩm uốn kim loại tấm trong đời sống.
Quá trình chuẩn bị phôi cho nguyên công uốn bao gồm việc tính toán trải mẫu từ

chi tiết ban đầu và cắt mẫu đã được trải ra khỏi tấm kim loại phẳng. Dụng cụ được
dùng trong nguyên công uốn bao gồm những cặp dụng cụ đực và cái thường được
gọi là bộ dụng cụ (tool sets) : dụng cụ đực được gọi là chày, và dụng cụ cái được
gọi là cối (khuôn). Tất cả những đường uốn trên phôi được uốn sử dụng các bộ
dụng cụ theo một trật tự được gọi là thứ tự uốn. Kết quả, phôi sẽ dần dần chuyển
thành hình dạng đã được thiết kế theo thứ tự uốn được áp dụng.
Ngày nay, nguyên công uốn được thực hiện trên những máy móc chuyên dùng
như máy ép trục khuỷu, máy ép thủy lực, máy uốn tấm nhiều trục, máy uốn profin
chuyên dùng..., sử dụng các kỹ thuật uốn khác nhau, như uốn ba điểm(air
bending),uốn đáy(bottoming), uốn xoay (swivel bending)... Trong đó, kỹ thuật uốn
ba điểm và uốn đáy được tiến hành trên máy ép (press brakes) để tạo ra biên dạng
của chi tiết. Máy ép thông thường có công suất từ 20 – 200 tấn dùng cho phôi có bề
dày từ 1 – 4.5m. Những máy ép lớn hơn hoặc nhỏ hơn sẽ được dùng cho những sản

2


phẩm đặc trưng riêng biệt. Khi sử dụng máy ép, thông thường chày được gắn trên
phần chuyển động của máy, và cối (khuôn) được đặt trên bàn máy. Quá trình tạo
hình bao gồm hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên, các dụng cụ được thiết lập riêng
biệt và phôi được định vị giữa dụng cụ và cữ chặn để đảm bảo đường uốn được
chính xác. Giai đoạn thứ hai, chuyển động của tấm đỡ chày sẽ nhấn sâu chày vào
cối. Chuyển động này sẽ tạo ra các đường uốn trên phôi. Các giai đoạn khác nhau
của quá trình uốn thực hiện trên máy ép được minh họa như hình 1.3.
Mặc dù lịch sử của ngành gia công kim loại tấm đã ra đời từ thời kỳ đồ Đồng
[2], nhưng với sự ra đời của các máy CNC đã tạo ra một sự thay đổi đáng kể về khả
năng công nghệ. So với phương pháp uốn truyền thống, quy trình uốn kim loại tấm
sử dụng máy ép CNC được trang bị nhiều loại dụng cụ cho phép gia công được các
chi tiết phức tạp và nhỏ hơn với độ chính xác và năng suất cao hơn.
Tuy nhiên, đối tượng của việc làm giảm thời gian gia công uốn cho các chi tiết

kim loại tấm chính là việc làm giảm thời gian lập kế hoạch sản xuất. Vì độ phức tạp
của các chi tiết ngày càng tăng và kích thước của đường uốn ngày càng nhỏ nên
nhiệm vụ phải xây dựng được một quy trình gia công hợp lý đã tạo nên một áp lực
không nhỏ đối với các nhà lập kế hoạch sản xuất. Do đó, thời gian cho bước lập kế
hoạch sản xuất đã trở thành một thông số quan trọng trong việc tính toán thời gian
gia công tại các nhà máy sản xuất. Vì vậy, những nỗ lực nhằm tự động hóa quá trình
sản xuất đã được bắt đầu từ hàng thập kỷ trước. Những phần tiếp theo sẽ cung cấp
một cái nhìn tổng quan về các thành tựu đạt được trong việc lập kế hoạch gia công
với sự trợ giúp của máy tính (CAPP) của nguyên công uốn kim loại tấm.

3


(a) Định vị trí của phôi
trên khuôn

(b) Định vị trí của chày
trên chi tiết

(c) Uốn

(d) Lấy chi tiết

Hình 1.3. Các giai đoạn uốn trên máy ép.

Hình 1.4. Qui trình uốn và các bộ phận của máy uốn.
1.1.2. Lập kế hoạch sản xuất với sự trợ giúp của máy tính trong nguyên công
uốn kim loại tấm :
Cũng như những quá trình khác, lập kế hoạch sản xuất trong nguyên công uốn
bao gồm bốn nhiệm vụ chính. Nhiệm vụ đầu tiên là chuẩn bị phôi liệu, bao gồm

4


việc tính toán kích thước phôi trải và cắt phôi. Nhiệm vụ thứ hai là lên kế hoạch
nguyên công, trong đó các thông số quá trình sản xuất và dụng cụ cho mỗi nguyên
công uốn được xác định. Nhiệm vụ thứ ba là lập thứ tự các bước vận hành – thường
được gọi là lập thứ tự uốn. Nhiệm vụ thứ tư là đánh giá chất lượng, gồm việc kiểm
tra độ chính xác về kích thước của chi tiết được chế tạo ra so với các thông số kỹ
thuật của chi tiết.
Mặc dù những nhiệm vụ khác nhau của quá trình lập kế hoạch sản xuất cho
nguyên công uốn đã được xác định như trên, nhưng để nhận thức rõ được mỗi
nhiệm vụ cũng như mối quan hệ giữa những phần tương ứng trong cấu trúc của
CAPP là không hề dễ dàng .
Qui trình lập kế hoạch
Lập kế hoạch
Quy
gia
(dò
tìmtrình
mức cao)

CAD

Quản lý
kế hoạch

công

Lập

kế
hoạch
phôi
và
dụng
cụ

Gấp
chi
tiết

Kế
hoạc
hchu
yển
độn
g

Bộ sắp
xếp thứ
tự và
điều
khiển
cảm biến

Phần cứng
IBW

1.1.2.1. Những nghiên cứu đã thực hiện về CAPP cho nguyên công uốn
kim loại tấm :

Lập kế hoạch sản xuất cho nguyên công uốn bao gồm một số những nhiệm vụ
có quan hệ mật thiết với nhau, như được phát biểu trong [3], [4], [5] và [6]. Mối
quan hệ qua lại giữa những khía cạnh này có thể được tóm lược như sau :
-

Lựa chọn dụng cụ và các thông số quá trình sản xuất : tính toán khoảng
dịch chuyển của chày, lực uốn và cách ứng xử lúc tiếp xúc trong suốt quá
trình uốn phụ thuộc vào bộ dụng cụ được lựa chọn và độ chính xác đối
với giá trị khe hở khuôn.

5


-

Lựa chọn dụng cụ và tính toán trải mẫu : giới hạn uốn được dùng để tính
toán những kích thước trải của phôi từ chi tiết riêng biệt, phụ thuộc vào bộ
dụng cụ được sử dụng cho nguyên công uốn.

-

Lựa chọn dụng cụ và lập thứ tự uốn : việc xác định thứ tự uốn phụ thuộc
vào hình dạng của dụng cụ được sử dụng. Một khi thứ tự uốn đã được xác
định, những hình dạng dụng cụ nên được chọn dựa trên khoảng thuộc tính
được thiết lập bởi thứ tự uốn nhằm tránh va đập.

-

Lập thứ tự uốn và dung sai : thứ tự uốn và vị trí cữ chặn ảnh hưởng đến
cách tạo ra những loại lan truyền sai số khác nhau và sau đó các sai số này

sẽ được cộng dồn trong suốt quá trình hình thành kích thước gia công.

Hai vấn đề đầu tiên trong chuỗi khép kín này có thể được giải quyết bằng cách
chia nhiệm vụ lựa chọn dụng cụ vào việc lựa chọn các thông số công nghệ, như khe
hở khuôn V, và lựa chọn về hình dạng dụng cụ. Trong trường hợp này, vấn đề đầu
tiên là lựa chọn dụng cụ và các thông số công nghệ được tính toán trực tiếp từ các
thông số chi tiết và sau đó được dùng để suy ra các thông số quá trình sản xuất và
trải mẫu. Tuy nhiên, những vấn đề phức tạp nhất lại nằm ở mối liên hệ thứ hai là lựa
chọn dụng cụ và tính toán trải mẫu.
Xem xét mối quan hệ giữa lựa chọn dụng cụ và lập thứ tự gia công :
Một mặt, trong suốt toàn bộ quá trình gia công, mỗi lần uốn sẽ đưa đến một kết
quả là có sự thay đổi đáng kể về hình dạng của chi tiết. Vì vậy, lập kế hoạch dụng
cụ được xác định dựa trên một giai đoạn tức thời của chi tiết thường không phù hợp
với những giai đoạn khác, nơi yêu cầu uốn nhiều hơn hay ít hơn. Hình dáng có được
tại một giai đoạn mới có thể ảnh hưởng đến các kế hoạch lựa chọn dụng cụ đã được
xác định trước. Ngoài ra, nếu việc lựa chọn dụng cụ bắt buộc phải được xem xét
trước khi lập thứ tự uốn, thì những thay đổi liên tục về hình dạng của chi tiết sẽ gây
nên khó khăn trong việc dự đoán trước hình dạng của chi tiết tại những vị trí tức
thời để lựa chọn dụng cụ mà không gây va đập chi tiết.
Mặt khác, vấn đề sẽ không dễ giải quyết hơn nếu nhìn theo hướng khác : nếu
một bước uốn phải được xác định mà không có thông số về hình dạng nào của

6


những dụng cụ được dùng thì tính đúng đắn của mỗi bước uốn cần phải xem xét lại.
Thêm vào đó, việc xác định dụng cụ đặc trưng tùy thuộc vào hình dạng chi tiết tức
thời được xác định từ một thứ tự uốn có thể bị thừa ràng buộc. Điều này có thể gợi
ý đến một kế hoạch lựa chọn mở, trong đó những dụng cụ được lựa chọn một cách
thích hợp với mỗi bước được thêm vào thứ tự uốn. Theo [3], với mỗi chi tiết có n

chỗ uốn thì tổng số thứ tự uốn có thể có là n!. Nếu việc lựa chọn dụng cụ được xem
xét một cách tương thích thì tổng số quá trình lượng hóa sẽ tăng lên theo hệ số t n,
với t là số dụng cụ có sẵn. Với một vấn đề có độ khó trung bình, ví dụ như n = 10 và
t = 10 thì tổng số những lượng hóa lên đến O(n!tn = 3.63E+16). Vì vậy, tổng thời
gian giải quyết vấn đề cho một kế hoạch lựa chọn mở là không khả thi, thậm chí
nếu dùng những máy tính rất mạnh [3].
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã mô tả vấn đề kép của việc lựa
chọn dụng cụ và việc lập thứ tự uốn theo những cách khác nhau. Các hướng nghiên
cứu chính như sau :
Hướng nghiên cứu 1 : Dụng cụ được lựa chọn trước làm thông số đầu vào cho
việc lập thứ tự uốn. Những kết quả nghiên cứu được chỉ ra trong [6] và [7] phù hợp
với hướng nghiên cứu này đã đề xuất những thuật toán giúp cho việc lên kế hoạch
thứ tự uốn dựa trên những dụng cụ được lựa chọn trước bởi các chuyên gia. Theo
[8], những dụng cụ được lựa chọn trước dựa trên biên dạng được trích ra từ chi tiết
để làm tiền đề cho việc thành lập thứ tự uốn.
Hướng nghiên cứu 2 : Thứ tự uốn được xác định trước nhằm cung cấp những
điều kiện tiên quyết cho việc lựa chọn dụng cụ. Trong [9] và [3], hình dạng của
dụng cụ phải được lựa chọn phù hợp với hình dạng tức thời của chi tiết được tính
toán dựa trên thứ tự uốn đã có trước. Nếu không có dụng cụ nào phù hợp với biên
dạng tức thời của chi tiết nào đó thì một dụng cụ mới phải được tạo ra.
Hướng nghiên cứu 3 : Sơ đồ hoán vị. Những nghiên cứu tại [10] đã chỉ ra một
phương pháp dựa trên mô phỏng để xác định một thứ tự uốn không xảy ra va đập.
Những dụng cụ được lựa chọn một cách lặp đi lặp lại từ danh sách các dụng cụ khả
thi về tính công nghệ cho mỗi bước gia công.

7


Xem xét về mối liên hệ giữa việc lập kế hoạch thứ tự uốn và giá trị dung sai có
thể đạt được :

Hướng nghiên cứu 1 : Dung sai bị phụ thuộc vào thứ tự uốn. Theo nghiên cứu
[11], những sai số quan trọng phải được sử dụng để hướng tới việc tìm kiếm một
dung sai phù hợp với thứ tự uốn.
Hướng nghiên cứu 2 : Kiểm tra dung sai cho một quy trình gia công được tạo
ra. Theo [12], [13], [14], [10] và [15], một phương pháp truyền thống được dùng để
tính toán các sai số có thể xảy ra nhằm kiểm tra tính khả thi của thứ tự uốn được tạo
ra. Theo [16], tác giả đã dùng phương pháp mô phỏng Monte – Carlo để đánh giá sự
chính xác của một thứ tự uốn.
1.1.2.2.

Lựa chọn dụng cụ và cách xây dựng :

Tầm quan trọng của lựa chọn dụng cụ trong việc lập kế hoạch gia công cho
nguyên công uốn kim loại tấm được xem xét dưới nhiều khía cạnh. Đầu tiên, nó
cung cấp những thông số công nghệ cần thiết cho những nhiệm vụ khác, bao gồm
việc trải mẫu, tính toán lực, lựa chọn kỹ thuật uốn, máy uốn và loại dụng cụ uốn.
Bên cạnh đó, tùy theo những tiếp xúc hợp lý, việc lựa chọn biên dạng dụng cụ thích
hợp cũng là điều cần thiết cho tính khả thi của kế hoạch gia công. Quyết định dụng
cụ hợp lý có ảnh hưởng đến các nguồn sản xuất khác như thời gian cho việc chuẩn
bị các thiết lập về chày và những thiết lập giữa những lần đổi chày. Ngoài ra, cách
thức lựa chọn dụng cụ cũng ảnh hưởng đến việc đầu tư những dụng cụ cần thiết.
Hơn nữa, việc lựa chọn kỹ thuật uốn cũng như loại máy uốn cũng có tác động đến
độ chính xác của những chi tiết.
Mặc dù về nguyên lý tạo hình có thể được xem xét một cách đơn giản hơn,
nhưng những dụng cụ được dùng trong máy uốn vẫn rất đa dạng về hình dạng cũng
như khả năng công nghệ. Xem xét các loại chày, một nghiên cứu [17] đã chỉ ra rằng
những loại dụng cụ điển hình, được cung cấp trong bảng kê của những nhà sản xuất,
cũng chỉ chiếm khoảng 80% những loại dụng cụ được sử dụng. Một phần nhỏ còn
lại bao gồm những dụng cụ với mục đích đặc biệt, thường được điều chỉnh theo yêu
cầu về hình dạng đặc trưng. Sự đa dạng về dụng cụ dẫn đến sự linh hoạt trong việc

8