Ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo để xác định chế độ cất tối ưu khi gia công thép hợp kim trên trung tâm gia công CNC 5 trục
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.73 MB, 80 trang )
PHẠM THANH TÙNG
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Phạm Thanh Tùng
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ĐỂ
XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG THÉP HỢP
KIM TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 5 TRỤC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
KHỐ CH2016A
Hà Nội - Năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Phạm Thanh Tùng
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ĐỂ XÁC ĐỊNH
CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM
TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 5 TRỤC
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN NGỌC KIÊN
Hà Nội - Năm 2018
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là do bản thân Tôi
thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc Kiên. Ngoài các
phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê và nêu rõ trong Luận văn, các số liệu và kết
quả thực nghiệm là trung thực, chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ một cơng
trình nào khác.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2018
Người thực hiện
Phạm Thanh Tùng
1
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Ngọc Kiên đã hướng dẫn và giúp
đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết và hồn
chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện Đào tạo sau đại học,
Viện Cơ khí của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để
hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm hỗ trợ đào tạo và nghiên cứu đổi
mới cơng nghệ cơ khí, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các giáo viên thuộc
trung tâm đã tạo điều kiện về thiết bị và giúp đỡ trong quá trình sự dụng thiết bị để
tiến hành thực nghiệm; đồng thời tác giả cũng chân thành cảm ơn những ý kiến
đóng góp của các thầy, cơ giáo thuộc Viện Cơ khí và các đồng nghiệp đã giúp đỡ
tác giả tháo gỡ những vướng mắc trong thời gian thực hiện Luận văn.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, các nhà khoa
học và các bạn đồng nghiệp để Luận văn được hoàn thiện hơn và có ý nghĩa trong
thực tiễn.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2018
Người thực hiện
Phạm Thanh Tùng
2
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. 6
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... 8
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 9
PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG
CNC ........................................................................................................................... 14
1.1. Trung tâm gia công CNC ............................................................................... 14
1.1.1. Đặc điểm cơ bản của trung tâm phay CNC ............................................. 14
1.1.2. Dụng cụ cắt trên trung tâm gia công ........................................................ 17
1.1.3. Đồ gá trên trung tâm gia công ................................................................. 19
1.2. Gia công bề mặt phức tạp trên trung tâm gia công ........................................ 20
1.2.1. Ứng dụng CAD/CAM trên trung tâm gia công CNC .............................. 20
1.2.2. Ứng dụng trung tâm gia công 5 trục để gia công bề mặt khuôn ............. 25
1.3. Các chỉ tiêu chất lượng bề mặt khi gia công trên trung tâm gia cơng ............ 27
1.3.1. Các yếu tố hình học ................................................................................. 27
1.3.2. Tính chất cơ lý ......................................................................................... 29
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ...................................................................................... 30
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO VÀ ỨNG
DỤNG TRONG TỐI ƯU HÓA GIA CƠNG CƠ KHÍ ............................................. 31
2.1. Trí tuệ nhân tạo ............................................................................................... 31
2.1.1. Khái niệm trí tuệ nhân tạo ....................................................................... 31
3
2.1.2. Các hệ thống trí tuệ nhân tạo ................................................................... 31
2.1.3. Các xu hướng nghiên cứu trí tuệ nhân tạo ............................................... 32
2.2. Mạng mờ noron .............................................................................................. 34
2.2.1. Mạng noron nhân tạo ............................................................................... 34
2.2.2 Logic mờ ................................................................................................... 38
2.2.3. Mạng mờ noron ....................................................................................... 40
2.3. Giải thuật PSO ................................................................................................ 41
2.3.1. Trí tuệ nhân tạo tiến hóa .......................................................................... 41
2.3.2. Thuật tốn tối ưu bầy đàn PSO ................................................................ 42
2.3.3. Xây dựng giải thuật PSO ......................................................................... 45
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ...................................................................................... 46
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM ....................................... 47
3.1. Mơ hình thực nghiệm ..................................................................................... 47
3.1.1. Sơ đồ thí nghiệm ...................................................................................... 47
3.1.2. Mơ hình thí nghiệm ................................................................................. 48
3.1.3. Các đại lượng đầu vào ............................................................................. 49
3.1.4. Các đại lượng đầu ra ................................................................................ 49
3.1.5. Các đại lượng cố định .............................................................................. 49
3.1.6. Các đại lượng nhiễu ................................................................................. 49
3.2. Điều kiện thí nghiệm ...................................................................................... 50
3.2.1. Trung tâm gia cơng CNC ......................................................................... 50
3.2.2. Phơi thí nghiệm ........................................................................................ 51
3.2.3. Dụng cụ cắt .............................................................................................. 52
3.2.4. Đồ gá chi tiết ............................................................................................ 53
4
3.2.5. Các thông số cố định khác ....................................................................... 53
3.2.6. Thiết bị đo ................................................................................................ 53
3.3. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm ........................... 54
3.4. Xác định mối quan hệ tốn học thực nghiệm giữa các thơng số công nghệ đến
độ nhám bề mặt ..................................................................................................... 59
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ...................................................................................... 62
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO, GIẢI
THUẬT PSO ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU .......................................................... 63
4.1. Xây dựng bài toán tối ưu khi phay trên trung tâm gia công ........................... 63
4.1.1. Xác định hàm mục tiêu ............................................................................ 63
4.1.2. Xác định hàm biên ................................................................................... 63
4.1.3. Phát biểu bài toán tối ưu .......................................................................... 65
4.2. Ứng dụng giải thuật PSO để giải bài toán tối ưu............................................ 65
4.2.1. Xây dựng lưu đồ giải thuật PSO giải bài toán tối ưu ............................... 67
4.2.2. Ứng dụng giải thuật PSO để xác định bộ thông số chế độ cắt tối ưu ...... 69
4.3 Xác định chế độ cắt tối ưu khi phay trên trung tâm gia công.......................... 73
4.3.1. Sử dụng giải thuật PSO trên phần mềm Matlab để xác định chế độ cắt tối
ưu ....................................................................................................................... 73
4.3.2. Kiểm nghiệm kết quả ............................................................................... 74
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ...................................................................................... 75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 77
5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT
Ký hiệu, viết tắt
Diễn giải nội dung
Đơn vị
1
CNC
2
NC
Numerical control
3
Rz
Chiều cao nhấp nhô tế vi
µm
4
Ra
Sai lệch profin trung bình
µm
5
L
Bước sóng
mm
6
B
Chiều rộng phay
mm
7
v
Vận tốc cắt
m/phút
8
S
Lượng tiến dao
Mm/phút
9
t
Chiều sâu cắt
mm
10
y
Góc nghiêng dao
Độ
11
n
Tốc độ trục chính
Vịng/phút
12
Z
Vận tốc cắt
13
Sz
Lượng tiến dao
mm/răng
14
D
Đường kính dao phay
mm
15
e
Giá trị sai lệch
16
E
Tổng giá trị sai lệch
17
Phần trăm giá trị sai lệch
18
σ
Độ phân tán sai số
19
S/N
20
MSD
21
f
Computer numerical control
Signal to noise
Trung bình bình phương
Bậc tự do
6
%
dB
22
ST
Tổng bình phương sai lệch
23
CF
Correction factor
24
P
Cơng suất cắt
Kw
25
hs
Lượng mịn dao mặt sau
µm
26
F
Lực cắt
N
27
OA
Bảng trực giao
28
AI
Trí tuệ nhân tạo
7
DANH MỤC BẢNG
CHƯƠNG 3
Bảng 3.1: Đặc tính kỹ thuật của máy phay MIKRON UCP 600 ..............................50
Bảng 3.2: Thành phần hóa học và cơ tính của thép SKD61 .....................................52
Bảng 3.3: Thơng số của dao phay sử dụng trong thí nghiệm....................................52
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của máy SJ – 400 ........................................................54
Bảng 3.5: Bảng trực giao OA25 (54) ..........................................................................55
Bảng 3.6: Bảng thông số chế độ cắt ..........................................................................57
Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm ...................................................................................57
CHƯƠNG 4
Bảng 4.1: Bộ thông số chế độ cắt thu được ..............................................................74
Bảng 4.2: Kết quả thử nghiệm bộ thông số chế độ cắt thu được ..............................74
8
DANH MỤC HÌNH VẼ
CHƯƠNG 1
Hình 1.1:Trung tâm gia cơng CNC UCP600 ............................................................15
Hình 1.2: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu đầu quay ....................................16
Hình 1.3: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu bàn quay ....................................16
Hình 1.4: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu kết hợp bàn quay và đầu quay...17
Hình 1.5: Các dạng dao phay chủ yếu trên trung tâm gia cơng phay CNC ..............18
Hình 1.6: Một số loại đồ gá trên trung tâm phay CNC .............................................20
Hình 1.7: Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng CAD/CAM ...........................................22
Hình 1.8: Quy trình thiết kế và gia cơng các bề mặt phức tạp ..................................23
Hình 1.9: Quy trình thiết kế và gia cơng tạo hình ứng dụng CAD/CAM .................24
Hình 1.10: Gia cơng khn trên trung tâm gia cơng CNC .......................................27
Hình 1.11: Sơ đồ xác định độ nhấp nhơ tế vi ............................................................28
CHƯƠNG 2
Hình 2.1: Mơ hình noron sinh vật .............................................................................35
Hình 2.2: Mơ hình hệ mờ noron ................................................................................41
CHƯƠNG 3
Hình 3.1: Sơ đồ thực nghiệm ....................................................................................47
Hình 3.2: Mơ hình thực nghiệm ................................................................................48
Hình 3.3: Máy phay MIKRON UCP600 ..................................................................51
Hình 3.4: Dao phay cầu .............................................................................................53
Hình 3.5: Đường quan hệ thực nghiệm và dự đoán ..................................................59
9
CHƯƠNG 4
Hình 4.1: Bầy đàn cá thể trong khơng gian tìm kiếm 2 chiều ..................................67
Hình 4.2: Lưu đồ giải thuật PSO ...............................................................................68
Hình 4.3: Khởi tạo vị trí ban đầu ..............................................................................69
Hình 4.4: Khởi tạo vector vận tốc ban đầu ...............................................................70
Hình 4.5: Khởi tạo vị trí tốt nhất ban đầu của cá thể và của cả quần thể..................71
Hình 4.6: Cập nhật cá thể tốt nhất trong quần thể.....................................................72
Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn giá trị tối ưu Rz trên các lần lặp ......................................73
10
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trước đây, quá trình gia cơng cơ khí hầu như được thực hiện hồn tồn trên
các máy vạn năng. Việc gia cơng bằng các máy vạn năng này đạt độ chính xác thấp
và hiệu quả kinh tế không cao. Cùng với sự tiến bộ của khoa học, công nghệ, các
máy CNC ra đời đã khắc phục được những nhược điểm của các máy gia công cơ
truyền thống. So với các máy công cụ thông thường, chất lượng chi tiết gia công
trên máy CNC không phụ thuộc nhiều vào tay nghề của người điều khiển, tiết kiệm
thời gian điều chỉnh, đạt năng suất và tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm
nhỏ. Với những ưu thế vượt trội đó, máy CNC ngày càng được sử dụng phổ biếnvà
rộng rãi.
Trong quá trình gia cơng, ngồi các yếu tố ảnh hưởng khách quan khơng
kiểm sốt được từ bên ngồi thì năng suất và chất lượng bề mặt chi tiết gia công
được quyết định chủ yếu bởi thơng số chế độ cắt. Do đó, để năng cao năng suất và
kiểm soát chất lượng bề mặt chi tiết gia công, điều khiển bộ thông số chế độ cắt là
phương pháp cơ bản và hiệu quả nhất.
Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đã tạo thành một làn sóng các giải pháp đột
phá trong nhiều lĩnh vực như cơng nghệ sinh học, cơng nghệ vật liệu mới, tính tốn
lượng từ và đặc biệt là trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence – AI). Trí tuệ nhân tạo
bao gồm các cơ sở lý thuyết và việc lập trình các hệ thống máy tính để có thể thực
hiện các nhiệm vụ thường địi hỏi trí thơng minh của con người như nhận thức tri
giác, nhận dạng giọng nói, ra quyết định,… Nếu như trước đây, khi giải các bài toán
tối ưu, các nhà khoa học gặp rất nhiều khó khăn khi phải xử lý những khối dữ liệu
lớn thì hiện nay AI đã cho phép họ giải quyết các bài toán này một cách dễ dàng
hơn. Vì vậy, khoa học trí tuệ nhân tạo sẽ ngày càng được ứng dụng rộng rãi và phổ
biến trong lĩnh vực điều khiển tối ưu.
11
Từ những phân tích trên để nâng cao hơn nữa hiệu quả vận hành của các
trung tâm gia công, đặc biệt là khi gia công các chi tiết phức tạp, địi hỏi độ chính
xác cao mà vẫn đảm bảo năng suất và tính kinh tế, tác giả đã chọn đề tài:
“Ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo để xác định chế độ cắt tối ưu khi gia
công thép hợp kim trên trung tâm gia công CNC 5 trục”
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu
-
Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi gia công
thép hợp kim trên trung tâm gia công CNC.
-
Ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo để xác định mối quan hệ thực
nghiệm giữa chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi gia công thép hợp kim trên
trung tâm gia cơng 5 trục. Từ đó làm cơ sở xác định chế độ cắt hợp lý cho
q trình cơng nghệ.
-
Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
-
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt tới
chất lượng bề mặt khi gia công thép hợp kim SKD61 trên trung tâm gia công
5 trục UCP600 bằng dao phay cầu.
-
Phương pháp trí tuệ nhân tạo được ứng dụng để xác định bộ thông số chế độ
cắt tối ưu.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Xác định mối quan hệ thực nghiệm giữa thông số chế độ cắt và chất lượng bề
mặt chi tiết khi gia công thép hợp kim SKD61 bằng dao phay cầu trên trung tâm gia
công CNC 5 trục và xác định bộ thông số chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp trí
tuệ nhân tạo.
3. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả
Nội dung nghiên cứu gồm:
12
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia công trên trung tâm gia công 5 trục;
- Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo trong tối ưu hóa kỹ thuật
cơ khí;
- Phân tích thơng số cơng nghệ ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng bề mặt khi
gia công thép hợp kim trên trung tâm gia công 5 trục;
- Xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công thép hợp kim trên trung tâm gia công 5
trục.
Những đóng góp mới:
- Ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo – giải thuật PSO để xác định chế độ
cắt tối ưu khi phay thép SKD61 bằng dao phay cầu trên trung tâm phay CNC 5
trục.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu chung là kết hợp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu
thực nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.
13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TRÊN TRUNG TÂM GIA
CƠNG CNC
1.1. Trung tâm gia cơng CNC
1.1.1. Đặc điểm cơ bản của trung tâm phay CNC
Gia công trên trung tâm gia cơng 5 trục cho phép người sử dụng có thể gia
công được các bề mặt phức tạp và xử lý được hầu hết các kích thước. Thuật ngữ “5
trục” đề cập đến số hướng mà dụng cụ cắt có thể di chuyển được. Trên một trung
tâm gia công 5 trục, dụng cụ cắt có thể di chuyển trên các trục tuyến tính X, Y, Z và
đồng thời cũng có thể quay quanh các trục này. Do đó, giúp dụng cụ cắt có thể tiếp
cận phơi từ bất cứ hướng nào, giúp người sử dụng có thể xử lý 5 mặt của chi tiết
trong cùng một lần gá đặt. Ngoài ra tính linh hoạt được tăng cường bằng q trình
thay dao tự động, sử dụng bộ thay dao để giảm thời gian chạy không, phân độ cho
mặt bên của chi tiết, sử dụng chuyển động quay của các trục phụ và nhiều tính năng
khác. Trung tâm gia cơng CNC 5 trục có thể đưa dụng cụ gia cơng tới một điểm bất
kỳ và thực hiện chuyển động cắt trên bề mặt chi tiết, đồng thời duy trì một góc
nghiêng nhất định so với bề mặt chi tiết. Trung tâm gia cơng CNC có thể được trang
bị phần mềm riêng biệt để điều khiển tốc độ cắt, lượng ăn dao, đo tự động trong q
trình gia cơng, điều chỉnh độ lệch nếu có và các tính năng khác cho phép tiết kiệm
thời gian và tăng năng suất gia cơng. Từ đó, có thể thấy ưu điểm của trung tâm gia
cơng 5 trục so với các máy công cụ CNC thông thường khác là:
- Có thể gia cơng các bề mặt phức tạp trong một lần gá đặt, giúp tăng năng suất
gia cơng;
- Giúp tăng độ chính xác chi tiết do chi tiết không phải di chuyển giữa các lần
gá đặt;
- Giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất do sử dụng ít thiết bị và đồ gá;
- Có thể sử dụng những dụng cụ cắt ngắn hơn với tốc độ cắt cao hơn, giúp hạn
chế rung động và hư hỏng dụng cụ;
- Đạt được chất lượng bề mặt chi tiết tốt hơn [14], [15], [16]
14
Hình 1.1:Trung tâm gia cơng CNC UCP600
Trung tâm gia cơng CNC 5 trục có thể được phân loại theo vị trí các trục
quay được thực hiện [14], bao gồm:
- Trục chính mang dụng cụ cắt quay theo hai trục (kiểu đầu quay)
- Bàn máy mang phôi quay theo hai trục (kiểu bàn quay)
- Bàn máy thực hiện quay theo 1 trục, trục chính thực hiện quay theo 1 trục
(kiểu kết hợp giữa đầu quay và bàn quay).
15
Hình 1.2: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu đầu quay
Hình 1.3: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu bàn quay
16
Hình 1.4: Mơ hình trung tâm gia cơng 5 trục kiểu kết hợp bàn quay và đầu
quay
1.1.2. Dụng cụ cắt trên trung tâm gia công
Trên trung tâm phay CNC sử dụng nhiều loại dao phay khác nhau tùy vào
mục đích gia công nhưng chủ yếu vẫn là một số loại sau [5]:
- Dao phay mặt đầu (FaceMilling);
- Dao phay ngón (End Mills);
- Dao phay cầu (Ball-nose End Mills);
- Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn (End Mills with radius).
a. Dao phay mặt đầu ( Face Milling).
17
b. Dao phay ngón ( End Mills).
c. Dao phay cầu ( Ball-nose End Mills)
d. Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn ( End Mills with radius).
Hình 1.5: Các dạng dao phay chủ yếu trên trung tâm gia công phay CNC
Các loại vật liệu chế tạo dao phay thường sử dụng hiện nay bao gồm [3], [6]:
- Thép cacbon dụng cụ: có độ cứng sau nhiệt luyện cao, dễ mài bóng, mài sắc
tuy nhiên độ cứng của thép giảm rất nhanh khi nhiệt độ cắt lên tới 200 –
250oC, biến dạng của thép sau khi nhiệt luyện lớn. Do đó, thép cacbon dụng
cụ chỉ dùng để chế tạo dap cắt ở tốc độ thấp (< 15m/ph) và dao có hình dáng
đơn giản;
- Thép hợp kim dụng cụ: thép hợp kim dụng cụ ít bị biến dạng trong nhiệt luyện
nên được dùng để chế tạo dao có kích thước nhỏ, chiều dài lớn;
18
- Hợp kim cứng: hiện nay, trong ngành chế tạo máy thường dùng ba loại hợp
kim cứng đó là hợp kim cứng 1 carbit – BK (gồm bột carbit Wolfram và bột
kết dính Koban); hợp kim cứng 2 carbit - TK (gồm bột carbit Wolfram, bột
carbit Titan trộn với bột dính kết Koban để thiêu kết); hơp kim cứng 3 carbit TTK (gồm carbit Wolfram, bột carbit Titan và bột carbit Tantan với bột
Koban đem thiêu kết). Hợp kim cứng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
Nhóm BK có độ dẻo tốt hơn nên thường dùng để gia công gang, nhóm TK
thường dùng trong gia cơng thép
- Vật liệu siêu cứng: ngồi các loại vật liệu thơng dụng kể trên, một số vật liệu
khác cũng được dùng để chế tạo dụng cụ cắt kim loại như kim cương hay vật
liệu siêu cứng, kim cương,…
1.1.3. Đồ gá trên trung tâm gia công
Đồ gá cũng là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn tới độ chính xác gia cơng bởi vì
sai số chuẩn khi định vị chi tiết trên đồ gá là một trong những thành phần sai số
tổng cộng. Đồ gá trên các trung tâm CNC phải đảm bảo độ chính xác gá đặt cao hơn
các đồ gá trên máy vạn năng thông thường. Một số loại đồ gá thường dùng trên máy
phay CNC như: E tô máy, bàn từ tính, đồ gá kẹp cơ khí…
b
a
19
Hình 1.6: Một số loại đồ gá trên trung tâm phay CNC
a: Eto máy; b: Đồ gá kẹp bằng từ tính; c: Trunnion Jig
1.2. Gia cơng bề mặt phức tạp trên trung tâm gia công
1.2.1. Ứng dụng CAD/CAM trên trung tâm gia cơng CNC
Q trình gia cơng các bề mặt phức tạp trước đây gặp rất nhiều khó khăn cho
đến khi có sự ra đời của máy cơng cụ CNC và sự hỗ trợ rất đắc lực và không thể
thiếu của các phần mềm CAD/CAM [14], [16].
Trong thực tế, CAD/CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ
trợ cho phép biến một ý tưởng trừu tượng thành một vật thể thực. Hai quá trình này
thể hiện rõ trong công việc nghiên cứu và triển khai chế tạo. Xuất phát từ mục tiêu
đặt ra ban đầu, việc nghiên cứu đảm nhận thiết kế một mơ hình mẫu thể hiện ở bản
vẽ biểu diễn chi tiết. Từ bản vẽ chi tiết, quá trình triển khai chế tạo đảm nhận việc
lập ra quá trình chế tạo các chi tiết cùng các vấn đề liên quan đến dụng cụ và
phương pháp thực hiện. Hai quá trình này trong chế tạo máy được thực hiện liên
tiếp nhau và được phân biệt bởi các kết quả của nó:
- Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn nhiều hình chiếu
khác nhau của một chi tiết cơ khí. Các phần mềm CAD là các công cụ tin học
đặc thù cho việc nghiên cứu và được chia thành hai loại: các phần mềm thiết
kế và các phần mềm vẽ.
20
- Kết quả của CAM là một chi tiết cơ khí cụ thể. CAM khơng truyền đạt một sự
biểu diễn mà thực hiện một cách cụ thể công việc. Việc chế tạo bao gồm các
vấn đề liên quan đến vật thể, cắt gọt vật liệu, công suất của trang thiết bị, các
điều kiện sản xuất khác nhau để đạt được giá thành nhỏ nhất với việc tối ưu
hóa đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cơ
khí.
Trong nghiên cứu thiết kế có hai loại dụng cụ tin học đó là:
- Các phần mềm vẽ có sự tham gia của máy tính điện tử: Computer Aided
Drawing – CAD
- Các phần mềm thiết kế có sự tham gia của máy tính điện tử: Computer Aided
Design – CAD
Trong tiếng Anh ta sử dụng từ CAD chung cho cả hai loại phần mềm này.
Trong triển khai chế tạo ra sản phẩm từ các bản vẽ thiết kế, ngày nay có các phần
mềm ứng dụng đó là các phần mềm chế tạo có sự tham gia của máy tính điện tử:
Computer Aided Manufacturing – CAM. Xu hướng phát triển chung của các ngành
công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến là kết hợp các thành phần của quy
trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều khiển bởi máy tính điện tử
(Computer Integrated Manufacturing – CIM). Các thành phần của hệ thống CIM
được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm với thành phần quan
trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD. Kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ
sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật, lập quy trình chế tạo, gia cơng điều khiển
số mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại máy
công cụ, người máy, tay máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác.
21
Hình 1.7: Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng CAD/CAM
Có thể thấy CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động và chức năng
của chu kỳ sản xuất. Ở các nhà máy hiện đại, trong công đoạn thiết kế và chế tạo,
kỹ thuật tính tốn hiện đại ngày càng phát huy tác dụng và là yêu cầu không thể
thiếu được.
Khác biệt cơ bản với quy trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD
cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mơ hình hình học số trong cơ sở dữ
liệu trung tâm. Do vậy, CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ
giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của q trình sản xuất đó là hỗ
trợ điều khiển các thiết bị sản xuất điều khiển số. Khả năng làm việc của hệ thống
CAD phụ thuộc và chức năng xử lý của các phần mềm thiết kế. Ứng dụng của CAD
trong cơng nghiệp chế tạo máy hiện nay đó là: Thiết kế và gia cơng tạo hình ứng
dụng CAD/CAM
Trong công nghệ chế tạo truyền thống, các bề mặt phức tạp được gia công
trên các máy vạn năng theo phương pháp chép hình sử dụng mẫu hoặc dưỡng. Do
vậy, quy trình thiết kế và gia cơng bao gồm 4 giai đoạn đó là:
22
- Tạo mẫu sản phẩm;
- Lập bản vẽ kỹ thuật;
- Tạo mẫu chép hình;
- Gia cơng chép hình.
Quy trình nêu trên có những hạn chế đó là [7], [8],[10]:
- Khó đạt được độ chính xác gia cơng, chủ yếu do q trình chép hình;
- Dễ xảy ra sai sót do nhầm lẫn hay hiểu sai vì phải xử lý một số lượng lớn dữ
liệu;
- Năng suất thấp do mẫu được thiết kế theo phương pháp thủ cơng và quy trình
phải được thực hiện tuần tự
Hình 1.8: Quy trình thiết kế và gia công các bề mặt phức tạp
theo công nghệ truyền thống
Sự phát triển không ngừng và những thành tựu của công nghệ thông tin, công
nghệ điện tử, kỹ thuật điều khiển số đã có những ảnh hưởng trực tiếp đến cơng nghệ
thiết kế và gia cơng tạo hình
23
