Luận án Tiến sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công trên máy tiện CNC

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:176

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý và tiến tới tối ưu hóa chế độ công nghệ cho quá trình tiện CNC là một việc cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy tiện CNC. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công trên máy tiện CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------------------------------------- PHẠM VĂN BỔNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC LUẬN ÁN TIẾN SỸ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS .TS TRẦN XUÂN VIỆT Hà Nội - 2008
-1- lêi c¸m ¬n Nghiªn cøu khoa häc phôc vô cho c«ng cuéc “ C«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ §Êt níc” lµ viÖc lµm v« cïng quan träng ®èi víi níc ta hiÖn nay. §Ò tµi “Nghiªn cøu x¸c ®Þnh chÕ ®é c¾t tèi u khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC” ®Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é c«ng nghÖ khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC nh»m môc ®Ých n©ng cao hiÖu qu¶ khai th¸c, sö dông m¸y ®îc hoµn thµnh víi sù gióp ®ì cña rÊt nhiÒu c¸ nh©n vµ tæ chøc. Tríc tiªn t«i xin ®îc bµy tá lßng c¸m ¬n s©u s¾c tíi PGS . TS TrÇn Xu©n ViÖt ( Bé m«n C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y - §HBK Hµ Néi) lµ ThÇy híng dÉn khoa häc ®· ®Þnh híng vµ chØ b¶o cho t«i trong suèt qu¸ tr×nh nghiªn cøu tõ cuèi n¨m 2003 ®Õn nay. T«i xin ®îc c¸m ¬n GS .TS TrÇn V¨n §Þch vµ tËp thÓ c¸c ThÇy gi¸o, C« gi¸o trong Bé m«n C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y vµ Khoa C¬ khÝ – Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ®· tËn t×nh gióp ®ì t«i trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu. T«i xin ®îc c¸m ¬n Ban l·nh ®¹o, c¸n bé, nh©n viªn Trung t©m ®µo t¹o vµ båi dìng sau ®¹i häc – Trêng §HBK Hµ Néi ®· tËn t×nh gióp ®ì vµ t¹o mäi ®iÒu kiÖn cho t«i trong qu¸ tr×nh lµm nghiªn cøu sinh. T«i xin ®îc c¸m ¬n Ban gi¸m hiÖu trêng §¹i häc b¸ch khoa Hµ Néi, trêng §¹i häc C«ng nghiÖp Hµ Néi ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho t«i trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu. T«i xin ®îc c¸m ¬n Ban l·nh ®¹o C«ng ty TNHH Phô tïng m¸y sè 1, Ph©n xëng C¬ khÝ 2 ®· t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm ¸p dông ®Ò tµi vµo thùc tÕ s¶n xuÊt. Ngµy 12 th¸ng 01 n¨m2008 NCS Ph¹m V¨n Bæng
-2- lêi cam ®oan Néi dung cña luËn ¸n lµ c¸c nghiªn cøu tõ c¬ së lý thuyÕt vÒ qu¸ tr×nh c¾t gät trªn m¸y ®Õn thùc nghiÖm ®Ó x©y dùng m« h×nh to¸n häc x¸c ®Þnh chÕ ®é c¾t tèi u khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC nh»m môc ®Ých gióp cho viÖc khai th¸c sö dông m¸y tiÖn CNC hiÖu qu¶ h¬n. Víi danh dù cña mét Gi¶ng viªn §¹i häc, t«i xin cam ®oan r»ng nh÷ng néi dung trong luËn ¸n nµy lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña t«i. Néi dung luËn ¸n lµ trung thùc vµ cha tõng ®îc ai c«ng bè trong bÊt kú mét c«ng tr×nh nµo kh¸c. T¸c gi¶ NCS Ph¹m V¨n Bæng
-3- môc lôc néi dung trang Lêi c¶m ¬n............................................................................................... 1 lêi cam ®oan........................................................................................... 2 môc lôc................................................................................................... 3 danh môc c¸c ký hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t.................................................... 8 danh môc c¸c b¶ng.................................................................................. 9 danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ.................................................................. 11 phÇn më ®Çu............................................................................................. 13 phÇn néi dung.......................................................................................... 17 ch¬ng 1: tæng quan vÒ tèi u ho¸ chÕ ®é c¾t vµ viÖc sö dông m¸y tiÖn CNC hiÖn nay...................................... 17 1.1 Tæng quan vÒ tèi u ho¸ chÕ ®é c¾t khi gia c«ng.............................. 17 1.1.1 Kh¸i qu¸t vÒ tèi u ho¸ ............................................................... 17 1.1.2 Mét sè c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ tèi u ho¸............................... 26 1.2 Kü thuËt tiÖn CNC vµ viÖc øng dông ë níc ta................................. 29 1.2.1 Kh¸i niÖm vµ ®Æc trng c¬ b¶n cña m¸y tiÖn CNC...................... 29 1.2.2 Tæ chøc lËp tr×nh vµ nh÷ng vÊn ®Ò cÇn chó ý khi lËp tr×nh ®Ó ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c gia c«ng tiÖn............................................ 33 1.2.2.1 Tæ chøc lËp tr×nh gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC.................. 33 1.2.2.2 Mét sè vÊn cÇn chó ý khi lËp tr×nh..................................... 37 1.2.3 HiÖu qu¶ kinh tÕ khi sö dông m¸y gia c«ng CNC vµ viÖc khai th¸c sö dông hiÖn nay.................................................................. 42 1.2.3.1 HiÖu qu¶ kinh tÕ khi sö dông m¸y tiÖn CNC..................... 42 1.2.3.2 T×nh h×nh khai th¸c sö dông hiÖn nay................................ 43 1.3 KÕt luËn ch¬ng............................................................................... 44
-4- ch¬ng 2: nghiªn cøu x©y dùng m« h×nh cña bµi to¸n tèi u ho¸ chÕ ®é c¾t khi tiÖn trªn m¸y CNC...... 46 2.1 §Æt vÊn ®Ò.......................................................................................... 46 2.2 ChØ tiªu tèi u vµ hµm môc tiªu........................................................ 48 2.2.1 §Æt vÊn ®Ò.................................................................................... 48 2.2.2 Hµm môc tiªu............................................................................... 49 2.2.2.1. Mét sè nghiªn cøu vÒ hµm môc tiªu..................................... 49 2.2.2.2. Mét sè chØ tiªu tèi u............................................................ 50 2.3 Hµm giíi h¹n...................................................................................... 54 2.3.1 Mét sè nghiªn cøu vÒ hµm giíi h¹n............................................ 54 2.3.2 C¸c hµm giíi h¹n........................................................................ 55 2.4 Ph¬ng ph¸p gi¶i bµi to¸n tèi u....................................................... 58 2.5 X©y dùng bµi to¸n tèi u ho¸ chÕ ®é c¾t khi tiÖn trªn m¸y tiÖn CNC theo hµm môc tiªu n¨ng suÊt......................................................... 59 2.5.1 Néi dung x©y dùng bµi to¸n tèi u chÕ ®é c¾t trªn m¸y tiÖn CNC.............................................................................................. 59 2.5.2 X©y dùng hµm môc tiªu............................................................... 60 2.5.3 X¸c ®Þnh hµm giíi h¹n ................................................................ 63 2.6 KÕt luËn ch¬ng 2............................................................................. 66 Ch¬ng 3: C¬ së lý thuyÕt vÒ qu¸ tr×nh c¾t gät vµ mèi quan hÖ gi÷a c¸c yÕu tè cña chÕ ®é c¾t víi lùc c¾t, tuæi bÒn dao, ®é nh¸m bÒ mÆt khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC... 67 3.1 Qu¸ tr×nh c¾t vµ t¹o phoi khi tiÖn................................................... 67 3.2 Mét sè hiÖn tîng x¶y ra trong qu¸ tr×nh c¾t vµ ¶nh hëng cña nã ®Õn chÊt lîng bÒ mÆt vµ tuæi bÒn cña dao........................................ 69 3.2.1 HiÖn tîng phoi b¸m.................................................................... 69 3.2.2 HiÖn tîng nhiÖt ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh c¾t............................ 71 3.2.2.1 Nguån gèc sinh nhiÖt c¾t..................................................... 71
-5- 3.2.2.2 C¸c nh©n tè ¶nh hëng ®Õn nhiÖt c¾t nhiÖt c¾t..................... 72 3.2.2.3 ¶nh hëng cña nhiÖt c¾t .................................................... 77 3.3 Nghiªn cøu x©y dùng m« h×nh to¸n häc biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a c¸c yªu tè lùc c¾t, tuæi bÒn dông cô, ®é nh¸m bÒ mÆt víi chÕ ®é c¾t khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC......................................................... 79 3.3.1 Nghiªn cøu x©y dùng m« h×nh to¸n häc x¸c ®Þnh lùc c¾t phô thuéc vµo th«ng sè c«ng nghÖ v,t,s khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC 79 3.3.1.1 C¬ së lý thuyÕt vÒ lùc c¾t vµ sù ¶nh hëng cña chÕ ®é c¾t ®Õn lùc c¾t.............................................................................. 79 3.3.1.2 M« h×nh to¸n häc x¸c ®Þnh lùc c¾t phô thuéc vµo chÕ ®é c¾t. 81 3.3.2 Nghiªn cøu x©y dùng m« h×nh to¸n häc x¸c ®Þnh ®é nh¸m bÒ mÆt phô thuéc vµo th«ng sè c«ng nghÖ v, t, s.............................. 85 3.3.2.1 Kh¸i qu¸t vÒ chÊt lîng bÒ mÆt.............................................. 85 3.3.2.2 Sù ¶nh hëng cña chÕ ®é c¾t ®Õn ®é nh¸m bÒ mÆt............... 86 3.3.2.3 M« h×nh to¸n häc x¸c ®Þnh ®é nh¸m bÒ mÆt phô thuéc vµo chÕ ®é c¾t................................................................................ 90 3.3.3 Nghiªn cøu x©y dùng m« h×nh to¸n häc x¸c ®Þnh tuæi bÒn cña dao phô thuéc vµo th«ng sè c«ng nghÖ v, t, s............................... 91 3.3.3.1 HiÖn tîng mßn dao vµ tuæi bÒn cña dao .............................. 91 3.3.3.2 C¸c ph¬ng ph¸p ®o mßn dao............................................... 97 3.3.3.3. Tuæi bÒn dông cô................................................................... 104 3.3.3.4 Sù ¶nh hëng cña c¸c yÕu tè ®Õn tuæi bÒn cña dao.............. 104 3.3.3.5 M« h×nh to¸n häc x¸c ®Þnh tuæi bÒn dông cô phô thuéc vµo chÕ ®é c¾t.............................................................................. 107 3.4 KÕt luËn ch¬ng 3............................................................................. 109 ch¬ng 4: thùc nghiÖm ®o lùc c¾t, tuæi bÒn cña dao, ®é nh¸m bÒ mÆt vµ x©y dùng c«ng thøc x¸c ®Þnh mèi liªn hÖ
-6- gi÷a c¸c yÕu tè ®ã víi chÕ ®é c¾t............................................... 110 4.1 HÖ thèng thÝ nghiÖm........................................................................... 110 4.1.1 S¬ ®å thÝ nghiÖm.......................................................................... 110 4.1.2: Dông cô c¾t vµ ph«i dïng trong thùc nghiÖm............................. 111 4.1.3 M¸y gia c«ng vµ thiÕt bÞ ®o dïng trong thùc nghiÖm.................. 112 4.2 X¸c ®Þnh chÕ ®é c¾t dïng trong thùc nghiÖm..................................... 112 4.3 KÕt qu¶ ®o thùc nghiÖm vµ xö lý kÕt qu¶........................................... 116 4.3.1 Thùc nghiÖm ®o lùc c¾t khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC........... 116 4.3.1.1 KÕt qu¶ ®o lùc Px ................................................................. 116 4.3.1.2 KÕt qu¶ ®o lùc Py.................................................................. 119 4.3.1.3 KÕt qu¶ ®o lùc Pz .................................................................. 122 4.3.2 Thùc nghiÖm ®o ®é nh¸m bÒ mÆt khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC.................... 125 4.3.3 Thùc nghiÖm ®o tuæi bÒn dông cô khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC.................. 128 4.3.3.1 §o lîng mßn dao theo híng kÝnh....................................... 128 4.3.3.2 §o lîng mßn dao theo mÆt sau............................................. 132 4.4 KÕt luËn ch¬ng 4.............................................................................. 136 ch¬ng 5: gi¶i bµi to¸n tèi u ho¸ qu¸ tr×nh c¾t khi tiÖn cnc vµ thö nghiÖm qua thùc tÕ s¶n xuÊt............... 137 5.1 Bµi to¸n tèi u ho¸ ............................................................................ 137 5.1.1 ChØ tiªu tèi u vµ hµm môc tiªu cña bµi to¸n tèi u.................... 137 5.1.2 C¸c hµm giíi h¹n cña bµi to¸n tèi u......................................... 137 5.2 Gi¶i bµi to¸n tèi u............................................................................ 140 5.3 KÕt qu¶ øng dông bíc ®Çu chÕ ®é c¾t tèi u vµo thùc tÕ s¶n xuÊt... 143 5.4 KÕt luËn ch¬ng 5.............................................................................. 144 kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ nghiªn cøu tiÕp theo............................... 145 1 KÕt luËn................................................................................................. 145 2. KiÕn nghÞ nghiªn cøu tiÕp theo............................................................ 146
-7- danh môc c¸c c«ng tr×nh khoa häc ®· ®îc c«ng bè.......... 147 tµ× liÖu tham kh¶o....................................................................................... 148 phô lôc 1: Th«ng sè kü thuËt cña m¸y vµ thiÕt bÞ dïng trong thùc nghiÖm.................................................... 153 phô lôc2: ch¬ng tr×nh tÝnh chÕ ®é c¾t tèi u trªn m¸y tiÖn cnc........................................................................... 158 phô lôc 3: b¶n ®¸nh gi¸ thö nghiÖm kÕt qu¶ bíc ®Çu øng dông chÕ ®é c¾t tèi u trªn m¸y tiÖn cnc vµo thùc tÕ s¶n xuÊt........................................................... 168
-8- danh môc c¸c ký hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t CNC (Computer Numerical Control) - §iÒu khiÓn sè cã sù hç trî cña m¸y tÝnh η- HiÖu suÊt CAD (Computer Aided Design)- ThiÕt kÕ α- Gãc sau chÝnh cña dao cã trî gióp cña m¸y tÝnh δ- Gãc c¾t cña dao CAM (Computer Aided Manufacturing)- γ- Gãc tríc cña dao S¶n xuÊt cã trî gióp cña m¸y tÝnh ϕ- Gãc lÖch chÝnh cña dao AC (Adaptive Control)- §iÒu khiÓn thÝch ϕ1- Gãc lÖch phô cña dao nghi ACC (Adaptive Control Constrain)- §iÒu θ - NhiÖt c¾t khiÓn thÝch nghi cìng bøc S- Lîng tiÕn dao ACO (Adaptive Control Optimation) – V- VËn tèc c¾t §iÒu khiÓn thÝch nghi tèi u t- ChiÒu s©u c¾t NC (Numerical Control) - §iÒu khiÓn sè [X]- ma trËn X MCU (Machine Control Unit) - HÖ ®iÒu [Y] – ma trËn Y khiÓn m¸y [A] – Ma trËn A [hs] – Lîng mßn cho phÐp cña Px- Lùc híng trôc dao Py- Lùc híng kÝnh [T] – Tuæi bÒn cho phÐp cña dao Pz – Lùc c¾t chÝnh [Ra] - §é nhÊp nh« tÕ vi bÒ mÆt cho Ra - §é nhÊp nh« tÕ vi bÒ mÆt phÐp T- Tuæi bÒn dông cô y - Gi¸ trÞ trung b×nh thùc nghiÖm U- Lîng mßn dao ' y i - Gi¸ trÞ theo hµm håi qui thùc τ - Thêi gian gia c«ng nghiÖm ∆R- Sai sè gia c«ng theo b¸n kÝnh N®c – C«ng suÊt ®éng c¬ chÝnh ∆H- HÖ sè biÕn cøng bÒ mÆt N®c1- C«ng suÊt ®éng c¬ ch¹y dao
-9- danh môc c¸c b¶ng b¶ng vµ néi dung b¶ng trang B¶ng 3.1: KÕt qu¶ ®o lîng mßn dao.................................................... 96 B¶ng 3.2: H»ng sè tuæi bÒn................................................................... 108 B¶ng 4.1: B¶ng c¸c gi¸ trÞ thùc nghiÖm .................................................. 113 B¶ng 4.2: Qui ho¹ch thùc nghiÖm khi ®o lùc c¾t..................................... 113 B¶ng 4.3: Qui ho¹ch thùc nghiÖm khi ®o nh¸m bÒ mÆt.......................... 113 B¶ng 4.4: Qui ho¹ch thùc nghiÖm khi ®o lîng t¨ng b¸n kÝnh chi tiÕt... 114 B¶ng 4.5: KÕt qu¶ ®o lùc Px.................................................................... 116 B¶ng 4.6: B¶ng tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ Logarit khi tÝnh lùc Px................... 117 B¶ng 4.7: C¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n ®é tin cËy cña hµm Px............................. 118 B¶ng 4.8: KÕt qu¶ ®o lùc Py.................................................................... 119 B¶ng 4.9: B¶ng tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ Logarit khi tÝnh lùc Py................... 120 B¶ng 4.10: C¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n ®é tin cËy cña hµm Py.......................... 121 B¶ng 4.11: KÕt qu¶ ®o lùc Pz.................................................................. 122 B¶ng 4.12: B¶ng tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ Logarit khi tÝnh lùc Pz.................. 123 B¶ng 4.13: C¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n ®é tin cËy cña hµm Pz........................... 124 B¶ng 4.14: KÕt qu¶ ®o nh¸m bÒ mÆt....................................................... 125 B¶ng 4.15: B¶ng tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ Logarit khi tÝnh Ra....................... 126 B¶ng 4.16: C¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n ®é tin cËy cña hµm Ra.......................... 127 B¶ng 4.17: KÕt qu¶ ®o lîng mßn dao theo híng kÝnh......................... 128 B¶ng 4.18: Hµm mßn vµ tuæi bÒn cña dao theo lîng mßn híng kÝnh.. 129 B¶ng 4.19: C¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n Logarit khi tÝnh tuæi bÒn...................... 130 B¶ng 4.20: KÕt qu¶ tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ ®é tin cËy khi tÝnh hµm tuæi bÒn theo lîng mßn híng kÝnh........................................... 131 B¶ng 4.21: KÕt qu¶ ®o lîng mßn theo mÆt sau...................................... 132 B¶ng 4.22: Hµm mßn vµ tuæi bÒn cña dao theo lîng mßn mÆt sau....... 133 B¶ng 4.23: C¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n Logarit khi tÝnh tuæi bÒn theo mÆt sau.. 134
- 10 - B¶ng 4.24:KÕt qu¶ tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ ®é tin cËy khi tÝnh hµm tuæi bÒn dao theo lîng mßn mÆt sau........................................... 135
- 11 - danh môc c¸c h×nh vÏ , ®å thÞ H×nh vÏ vµ néi dung trang H×nh 1.1: Qu¸ tr×nh t¹o phoi khi gia c«ng tiÖn..................................... 19 H×nh 1.2: S¬ ®å tèi u ho¸ ®éng............................................................ 20 H×nh 1.3: Quan hÖ gi÷a tèi u ho¸ tÜnh vµ tèi u ho¸ liªn tôc ®èi víi d¹ng ®iÒu khiÓn ACC............................................................ 21 H×nh 1.4: HÖ ®iÒu khiÓn thÝch nghi theo giíi h¹n ACC- HÖ ACEMA.. 22 H×nh 1.5: HÖ SPID cña Liªn X«............................................................ 23 H×nh 1.6: Quan hÖ gi÷a tèi u ho¸ tÜnh vµ tèi u ho¸ ®éng dïng cho ®iÒu khiÓn thÝch nghi tèi u ACO......................................... 24 H×nh 1.7: §iªu khiÓn thÝch nghi tèi u ACO víi trî gióp tèi u ho¸ theo thuËt gi¶i t×m kiÕm...................................................... 25 H×nh 1.8: §iªu khiÓn thÝch nghi tèi u ACO víi trî gióp tèi u ho¸ theo thuËt gi¶i chÝnh t¾c...................................................... 26 H×nh 1.9: S¬ ®å nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¸y CNC 2D víi c¸c trôc NC lµ X vµ Z....................................................................... 32 H×nh 1.10: HÖ thèng lËp tr×nh tù ®éng................................................. 36 H×nh 1.11: S ai sè khi gia c«ng c¹nh v¸t............................................... 38 H×nh 1.12: Bï b¸n kÝnh dao khi c¾t cung trßn...................................... 39 H×nh 1.13: Chu tr×nh c¾t ren th¼ng...................................................... 40 H×nh 1.14: §å thÞ tèc ®é khi c¾t ren..................................................... 42 H×nh 3.1: Sù biÕn d¹ng kim lo¹i trong vïng c¾t.................................... 68 H×nh 3.2: HiÖn tîng lÑo dao................................................................ 70 H×nh 3.3: Lùc ph¸p tuyÕn trªn mÆt dao................................................. 71 H×nh 3.4: ¶nh hëng cña vËn tèc c¾t ®Õn nhiÖt c¾t............................... 74 H×nh 3.5: Mèi quan hÖ gi÷a lùc c¾t thµnh phÇn víi lîng tiÕn dao..... 82
- 12 - H×nh 3.6: Mèi quan hÖ gi÷a lùc c¾t thµnh phÇn víi chiÒu s©u c¾t........ 83 H×nh 3.7: Mèi quan hÖ gi÷a lùc c¾t thµnh phÇn víi vËn tèc c¾t............ 84 H×nh 3.8: Mèi quan hÖ gi÷a vËn tèc c¾t V víi ®é nhÊp nh« tÕ vi líp bÒ mÆt Ra.............................................................................. 86 H×nh 3.9: Mèi quan hÖ gi÷a vËn tèc c¾t V víi Ra thùc nghiÖm........... 87 H×nh 3.10: ¶nh hëng cña b¸n kÝnh lìi dao ®Õn qu¸ tr×nh c¾t............ 88 H×nh 3.11: Mèi quan hÖ gi÷a lîng ch¹y dao S víi ®é nhÊp nh« tÕ vi bÒ mÆt Ra............................................................................. 89 H×nh 3.12: Mèi quan hÖ gi÷a chiÒu s©u c¾t t víi ®é nhÊp nh« tÕ vi bÒ mÆt Ra.................................................................................. 90 H×nh 3.13: C¸c d¹ng mßn cña dao........................................................ 92 H×nh 3.14: Quan hÖ gi÷a lîng mßn vµ thêi gian c¾t........................... 95 H×nh 3.15: Quan hÖ gi÷a lîng mßn vµ thêi gian c¾t khi thùc nghiÖm 96 H×nh 3.16: X¸c ®Þnh lîng mßn dao theo híng kÝnh.......................... 99 H×nh 3.17: §o vÞ trÝ dao b»ng Sensor................................................... 100 H×nh 4.1: S¬ ®å ®o lùc c¾t ba thµnh phÇn.............................................. 110 H×nh 4.2: S¬ ®å ®o ®é nh¸m bÒ mÆt...................................................... 111 H×nh 4.3: S¬ ®å ®o ®êng kÝnh chi tiÕt.................................................. 111 H×nh 4.4: Lîng t¨ng b¸n kÝnh chi tiÕt khi tiÖn do mßn dao................ 115
- 13 - phÇn më ®Çu I. TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi Sù nghiÖp ®æi míi nÒn kinh tÕ ®Êt níc nh»m ®a níc ta ra khái t×nh tr¹ng nghÌo nµn, chËm ph¸t triÓn ®· ®îc §¶ng khëi xíng vµ l·nh ®¹o thùc hiÖn trong 20 n¨m qua. §Ó thùc hiÖn ®îc môc tiªu “C«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ §Êt níc” th× viÖc ph¸t triÓn khoa häc c«ng nghÖ nãi chung vµ khoa häc c«ng nghÖ trong c¬ khÝ nãi riªng cµng trë nªn quan träng vµ cÊp thiÕt h¬n bao giê hÕt. Tõ cuèi thËp niªn 80 cña thÕ kû XX ®Õn nay, rÊt nhiÒu doanh nghiÖp trong níc ®· trang bÞ nhiÒu lo¹i m¸y, thiÕt bÞ sö dông kü thuËt CNC nh»m n©ng cao n¨ng suÊt, chÊt lîng s¶n phÈm. Bªn c¹nh nh÷ng kÕt qu¶ ®¹t ®îc vÒ mÆt c«ng nghÖ th× mét sè doanh nghiÖp còng gÆp khã kh¨n vÒ hiÖu qu¶ kinh tÕ khi sö dông c¸c m¸y vµ thiÕt bÞ nµy bëi v× c¸c nguyªn nh©n sau: - ViÖc chuyÓn giao c«ng nghÖ cha ®Çy ®ñ - §Çu t thiÕu ®ång bé, nhËp nhiÒu chñng lo¹i vµ thÕ hÖ m¸y, trong ®ã cã nh÷ng lo¹i kh«ng râ nguån gèc - Gi¸ thµnh ®Çu t lín nªn møc khÊu hao cao - Sè lîng s¶n xuÊt trªn m¸y thêng theo lo¹t võa vµ nhá - Cha chñ ®éng ®îc vÒ b¶o dìng, b¶o tr× m¸y... VÊn ®Ò ®Æt ra lµ lµm thÕ nµo ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ khai th¸c, sö dông lo¹i m¸y nµy? Qua t×m hiÓu c¸c doanh nghiÖp s¶n xuÊt c¬ khÝ cã sö dông c¸c m¸y vµ thiÕt bÞ NC, CNC, xÐt vÒ mÆt x¸c ®Þnh chÕ ®é c¾t th× thÊy cã mét sè vÊn ®Ò sau: - C¸c doanh nghiÖp 100% vèn níc ngoµi hoÆc liªn doanh th× c¸c m¸y gia c«ng sö dông kü thuËt CNC chñ yÕu ®Ó s¶n xuÊt c¸c mÆt hµng truyÒn thèng, æn ®Þnh. Ch¬ng tr×nh gia c«ng trªn m¸y ®îc chuyªn gia níc ngoµi ®a vµo nªn chÕ ®é c«ng nghÖ thiÕt lËp trong ch¬ng tr×nh ®· ®îc hoµn chØnh.
- 14 - - C¸c doanh nghiÖp trong níc sö dông m¸y CNC th× viÖc lËp tr×nh gia c«ng do ngêi lËp tr×nh thùc hiÖn. ChÕ ®é c«ng nghÖ (v, s, t) ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch tra sæ tay c«ng nghÖ nh khi thùc hiÖn gia c«ng trªn m¸y truyÒn thèng hoÆc b»ng c¸ch lÊy theo kinh nghiÖm. ChÝnh v× lÏ ®ã, chÕ ®é c«ng nghÖ gia c«ng trªn m¸y cha thÓ kh¼ng ®Þnh lµ hîp lý. V× vËy hiÖu qu¶ khai th¸c, sö dông m¸y cßn h¹n chÕ. §Ò tµi “ Nghiªn cøu x¸c ®Þnh chÕ ®é c¾t tèi u khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC” ®îc lùa chän ®Ó nghiªn cøu nh»m môc ®Ých x¸c ®Þnh chÕ ®é c¾t hîp lý vµ tiÕn tíi tèi u ho¸ chÕ ®é c«ng nghÖ cho qu¸ tr×nh tiÖn CNC lµ mét viÖc cÇn thiÕt, gãp phÇn vµo viÖc n©ng cao hiÖu qu¶ khai th¸c, sö dông m¸y tiÖn CNC trong s¶n xuÊt c¬ khÝ nãi riªng vµ lµ c¬ së ®Ó nghiªn cøu cho c¸c m¸y kh¸c. ii. Néi dung nghiªn cøu XuÊt ph¸t tõ ®Ò tµi nghiªn cøu, luËn v¨n nµy cã néi dung nh sau: - Nghiªn cøu tæng quan vÒ kü thuËt CNC, vÒ c¬ së lý thuyÕt cña bµi to¸n tèi u lµm c¬ së cho viÖc x©y dùng bµi to¸n tèi u chÕ ®é c¾t khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC. - Nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm vÒ qu¸ tr×nh c¾t lµm c¬ së cho viÖc x©y dùng m« h×nh to¸n häc biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a chÕ ®é c¾t víi lùc c¾t, ®é nh¸m bÒ mÆt vµ tuæi bÒn dông cô. - Nghiªn cøu x¸c ®Þnh hµm môc tiªu vµ c¸c hµm giíi h¹n cña bµi to¸n tèi u chÕ ®é c¾t khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC. - Nghiªn cøu thùc nghiÖm x©y dùng c«ng thøc to¸n häc biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a chÕ ®é c¾t víi lùc c¾t, ®é nh¸m bÒ mÆt, tuæi bÒn cña dông cô khi tiÖn mÆt trô ngoµi víi ph«i thÐp trªn m¸y tiÖn CNC. - X©y dùng bµi to¸n tèi u ho¸ chÕ ®é c¾t khi gia c«ng mÆt trô ngoµi trªn m¸y tiÖn CNC theo hµm môc tiªu lµ “ Thêi gian c¬ b¶n nhá nhÊt” vµ øng dông tin häc x©y dùng phÇn mÒm gi¶i bµi to¸n tèi u ®ã.
- 15 - iii. §èi tîng vµ ph¹m vi nghiªn cøu §èi tîng nghiªn cøu lµ t×m hiÓu sù ¶nh hëng cña chÕ ®é c«ng nghÖ ®èi víi qu¸ tr×nh c¾t nãi chung vµ mèi quan hÖ gi÷a chÕ ®é c¾t víi c¸c yÕu tè cña qu¸ tr×nh c¾t nh : Lùc c¾t, tuæi bÒn cña dao, ®é nh¸m bÒ mÆt. ViÖc nghiªn cøu thùc nghiÖm ®îc tiÕn hµnh víi c¸c ®iÒu kiÖn sau: - M¸y thùc nghiÖm: lµ m¸y tiÖn CNC. - VËt liÖu gia c«ng lµ thÐp C45. - VËt liÖu lµm dao lµ m¶nh hîp kim TCMT cña NhËt B¶n. - §èi tîng gia c«ng lµ mÆt trô ngoµi. - ThiÕt bÞ ®o lùc, ®o ®é nhÊp nh« tÕ vi bÒ mÆt, ®o kÝch thíc(®o ®êng kÝnh chi tiÕt), ®o lîng mßn dao theo mÆt sau cña níc ngoµi chÕ t¹o (h·ng Mitutoyo – NhËt B¶n, Kistler- Thuþ sü). iv. Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu Dïng ph¬ng ph¸p nghiªn cøu lý thuyÕt kÕt hîp víi nghiªn cøu thùc nghiÖm. - Nghiªn cøu lý thuyÕt ®Ó t×m hiÓu mèi quan hÖ gi÷a c¸c yÕu tè chÕ ®é c¾t víi mét sè yÕu tè kh¸c nh tuæi bÒn dông cô, lùc c¾t, ®é nh¸m bÒ mÆt gia c«ng. - Thùc nghiÖm c¾t thö ®Ó kiÓm chøng c¬ së lý thuyÕt vÒ mèi quan hÖ gi÷a chÕ ®é c¾t víi c¸c yÕu tè cña qu¸ tr×nh c¾t nh: lùc c¾t, tuæi bÒn cña dao, ®é nh¸m bÒ mÆt. - Thùc nghiÖm trªn m¸y ®Ó x©y dùng c¸c hµm to¸n häc biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a chÕ ®é c¾t víi c¸c yÕu tè cña qu¸ tr×nh c¾t nh : lùc c¾t, tuæi bÒn cña dao, ®é nh¸m bÒ mÆt. Ngoµi ra, trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu cßn trao ®æi víi Gi¸o viªn híng dÉn vµ c¸c Nhµ khoa häc chuyªn ngµnh. v. ý nghÜa khoa häc vµ ý nghÜa thùc tiÔn cña luËn ¸n ý nghÜa khoa häc:
- 16 - B»ng c¸ch nghiªn cøu c¬ së lý thuyÕt kÕt hîp víi thùc nghiÖm, luËn ¸n ®· ®a ra ®îc c¸c hµm to¸n häc m« t¶ mèi quan hÖ gi÷a lùc c¾t, ®é nh¸m bÒ mÆt, tuæi bÒn cña dao víi chÕ ®é c¾t lµm c¬ së cho viÖc tèi u ho¸ qu¸ tr×nh c¾t còng nh cho c¸c nghiªn cøu kh¸c cña qu¸ tr×nh c¾t. §ång thêi trªn c¬ së ®ã luËn ¸n ®· x©y dùng ®îc bµi to¸n tèi u víi hµm môc tiªu lµ thêi gian gia c«ng nhá nhÊt vµ c¸c hµm rµng buéc lµ c¸c ®iÒu kiÖn vÒ m¸y, vÒ dao, vÒ chÊt lîng bÒ mÆt... cña qu¸ tr×nh c¾t. X©y dùng c¸ch gi¶i bµi to¸n tèi u vµ thiÕt kÕ phÇn mÒm trî gióp lùa chän chÕ ®é c¾t khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC. ý nghÜa thùc tiÔn : KÕt qu¶ nghiªn cøu x©y dùng chÕ ®é c¾t tèi u khi gia c«ng trªn m¸y tiÖn CNC cã ý nghÜa thùc tiÔn trong nghiªn cøu khoa häc còng nh trong s¶n xuÊt nh sau: - Lµm c¬ së cho viÖc nghiªn cøu c¸c khÝa c¹nh kh¸c cña qu¸ tr×nh c¾t - Gióp cho viÖc lùa chän chÕ ®é c«ng nghÖ khi viÕt ch¬ng tr×nh gia c«ng NC trong qu¸ tr×nh chuÈn bÞ s¶n xuÊt ®îc hîp lý h¬n, hiÖu qu¶ khai th¸c, sö dông m¸y tiÖn CNC tèt h¬n. Gãp phÇn vµo viÖc n©ng cao n¨ng suÊt vµ h¹ gi¸ thµnh s¶n phÈm. §©y lµ mét yÕu tè cã ý nghÜa rÊt lín ®èi víi sù ph¸t triÓn cña doanh nghiÖp trong m«i trêng s¶n xuÊt, kinh doanh lu«n ph¶i ®èi mÆt víi sù c¹nh tranh khèc liÖt hiÖn nay trªn thÞ trêng còng nh trong qu¸ tr×nh héi nhËp. - §¹t ®îc kh¶ n¨ng cho n¨ng suÊt cao nhng vÉn ®¶m b¶o chÊt lîng bÒ mÆt theo yªu cÇu trong s¶n xuÊt ngay c¶ khi sè lîng s¶n phÈm kh«ng nhiÒu. - T¹o ra phÇn mÒm lùa chän víi c¸c rµng buéc më, cho phÐp doanh nghiÖp lùa chän ®iÒu kiÖn rµng buéc phï hîp víi thùc tiÔn s¶n xuÊt, ch¼ng h¹n nh khi ph¶i sö dông dao ®Æc biÖt, gi¸ thµnh cao th× ®a vµo yªu cÇu vÒ tuæi bÒn dao cao, phÇn mÒm tÝnh to¸n sÏ lùa chän ®îc chÕ ®é c¾t phï hîp víi yªu cÇu ®ã.
- 17 - phÇn néi dung ch¬ng 1: tæng quan vÒ tèi u ho¸ chÕ ®é c¾t vµ viÖc khai th¸c, sö dông m¸y tiÖn CNC hiÖn nay 1.1 Tæng quan vÒ tèi u ho¸ chÕ ®é c¾t khi gia c«ng 1.1.1 Kh¸i qu¸t vÒ tèi u ho¸ Tèi u ho¸ qu¸ tr×nh c¾t gät lµ vÊn ®Ò phøc t¹p ®· ®îc quan t©m vµ triÓn khai nghiªn cøu tõ nh÷ng thËp niªn 70 cña thÕ kû tríc ë c¸c níc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn, thuéc c¶ hai hÖ thèng x· héi ®èi lËp nhau lóc ®ã lµ hÖ thèng c¸c níc X· héi Chñ nghÜa vµ hÖ thèng c¸c níc T b¶n Chñ nghÜa. Trong cuèn s¸ch tiÕng §øc [49] xuÊt b¶n n¨m 1977 nãi vÒ vÊn ®Ò tèi u ho¸ qu¸ tr×nh c¾t cña Gi¸o s TiÕn sÜ Khoa häc HANS J⇐RGEN JACOBS vµ c¸c céng sù cña trêng §¹i häc Tæng hîp kü thuËt DRESDEN(thuéc Céng hoµ D©n chñ §øc tríc ®©y) ®· nªu môc ®Ých, néi dung vµ ph¬ng ph¸p triÓn khai viÖc tèi u ho¸ qu¸ tr×nh gia c«ng c¾t gät. Tuy nhiªn trong ®iÒu kiÖn lóc ®ã míi chØ cã c¸c m¸y ®iÒu khiÓn sè thÕ hÖ ®Çu tiªn – m¸y NC (Numerical Control Machine Tool) sö dông trong s¶n xuÊt víi tû lÖ thÊp, do ®ã ®Ò tµi cÊp nhµ níc lóc ®ã chñ yÕu thùc hiÖn trªn m¸y thêng vµ mét sè m¸y NC. Còng theo tµi liÖu nµy th× nh÷ng c¬ së tèi u ho¸ ®îc x¸c ®Þnh gåm: * C¬ së kü thuËt c¾t gät: §ã lµ c¸c ®¹i lîng ®Æc trng cña qu¸ tr×nh c¾t nh lùc c¾t thµnh phÇn, ®é nh¸m bÒ mÆt gia c«ng, ®é mßn vµ tuæi bÒn dông cô... vµ ®îc qui n¹p thµnh c¸c ®iÒu kiÖn giíi h¹n. * C¬ së kinh tÕ – kü thuËt: C¸c chØ tiªu tèi u vµ hµm môc tiªu còng nh c¸c giíi h¹n vÒ th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh c¾t, ®ã lµ: - C¸c chØ tiªu tèi u: + Chi phÝ tõng chiÕc: nhá nhÊt + Thêi gian tõng chiÕc: nhá nhÊt + Sè lîng thµnh phÈm: nhiÒu nhÊt
- 18 - + Lîi nhËn(l·i): lín nhÊt - C¸c giíi h¹n vÒ th«ng sè c«ng nghÖ: C¸c ®iÒu kiÖn biªn x¸c ®Þnh mèi liªn quan gi÷a c¸c ®iÒu kiÖn gia c«ng vµ c¸c th«ng sè c«ng nghÖ mµ gi¸ trÞ hîp lý(hay tèi u) ®îc x¸c ®Þnh. C¸c ®iÒu kiÖn biªn nµy ®îc x¸c lËp theo c¸c giíi h¹n kü thuËt cña trang thiÕt bÞ, dông cô gia c«ng, vËt liÖu gia c«ng, c¸c yªu cÇu vÒ ®é chÝnh x¸c gia c«ng,v.v.... NghÜa lµ c¸c gi¸ trÞ cho phÐp vÒ th«ng sè c«ng nghÖ cña m¸y, trang bÞ, dông cô gia c«ng vµ ®èi tîng gia c«ng kh«ng ®îc vît qu¸ khi thùc hiÖn qu¸ tr×nh c¾t trªn m¸y. Ngoµi viÖc x©y dùng c¬ së lý thuyÕt vÒ tèi u ho¸, néi dung cuèn s¸ch tËp trung vµo hai ph¬ng ph¸p gia c«ng lµ tiÖn vµ phay råi ®a ra gi¶i ph¸p triÓn khai tèi u ho¸ víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh (thÕ hÖ m¸y tÝnh t¬ng tù vµ m¸y tÝnh nhá) víi c¸c ch¬ng tr×nh m¸y tÝnh KOFA DR1 vµ 2, KOFA MKFR víi ng«n ng÷ lËp tr×nh SYMAP vµ c¸c ng©n hµng d÷ liÖu. M« h×nh to¸n tèi u ®Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é c¾t hîp lý khi gia c«ng c¾t gät (tiÖn, phay) ®îc chuyÓn ®æi thµnh hÖ ph¬ng tr×nh bËc nhÊt (tuyÕn tÝnh) vµ ®îc gi¶i b»ng ph¬ng ph¸p to¸n vi ph©n mµ kh«ng dïng ph¬ng ph¸p ®¬n h×nh (Simplex) cña t¸c gi¶ DANTZIG (Mü). ë ®©y cã hai ph¬ng ph¸p tèi u ®îc nªu ra lµ tèi u ho¸ tÜnh vµ tèi u ho¸ ®éng. Tèi u ho¸ tÜnh: Lµ qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ gi¶i quyÕt bµi to¸n tèi u dùa trªn m« h×nh tÜnh cña qu¸ tr×nh c¾t gät (cßn gäi lµ tèi u tríc qu¸ tr×nh c¾t)[3], [49]. §Ó thùc hiÖn bµi to¸n nµy ph¶i dùa trªn c¬ së c¸c gi¶ thiÕt: - Gi¶ thiÕt lîng d gia c«ng trong l¸t c¾t lµ kh«ng thay ®æi. - Gi¶ thiÕt ®é cøng vËt liÖu gia c«ng cã ®é bÒn, ®é cøng ®ång nhÊt. - Trong giai ®o¹n mßn æn ®Þnh, lîng mßn cña dao thay ®æi theo thêi gian víi mèi quan hÖ lµ tuyÕn tÝnh. Sau khi x©y dùng vµ gi¶i bµi to¸n x¸c ®Þnh ®îc c¸c th«ng sè c¾t hîp lý, ngêi ta tiÕn hµnh ®iÒu chØnh m¸y lµm viÖc theo c¸c th«ng sè ®ã trong suèt qu¸ tr×nh gia c«ng.
- 19 - Nh vËy, ph¬ng ph¸p nµy cã u ®iÓm lµ ®¬n gi¶n, nhng cã nhîc ®iÓm lµ kh«ng chó ý ®Õn ®éng lùc häc cña qu¸ tr×nh c¾t, nghÜa lµ kh«ng chó ý ®Õn c¸c yÕu tè mang tÝnh ngÉu nhiªn x¶y ra trong qu¸ tr×nh c¾t nh phoi b¸m, kÑt phoi, ®é cøng v÷ng cña chi tiÕt gia c«ng phô thuéc vµo vÞ trÝ c¾t...(h×nh 1.1)[49]. H¬n n÷a c¸c gi¶ thiÕt trªn trong thùc tÕ lµ kh«ng ®óng v× lîng d trong mét l¸t c¾t cã thÓ cã thay ®æi (do dao mßn, do chi tiÕt bÞ uèn ...) , ®é cøng vµ ®é bÒn cña vËt liÖu kh«ng thÓ ®ång nhÊt tuyÖt ®èi.v.v. [3], [49]. VËy mµ gi¸ trÞ tèi u ®· x¸c ®Þnh tríc sÏ kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh c¾t thùc. C¸c ®¹i lîng ®Çu Ph«i gia c«ng C¸c ®¹i lîng ®Çu vµo(EG) ra(AG) - Tèc ®é c¾t V C¸c ®¹i lîng ®Çu vµo Qu¸ tr×nh t¹o §¹i lîng tæng hîp -§é chÝnh x¸c vÒ - Lîng tiÕn dao S ®iÒu chØnh ®îc phoi: chÊt lîng gia c«ng vÞ trÝ - ChiÒu s©u c¾t t - HÖ thèng c«ng -§é chÝnh x¸c vÒ nghÖ (m¸y, g¸, kÝch thíc dao, ph«i) -§é chÝnh x¸c vÒ - C¸c ®¹i lîng chÊt lîng bÒ mÆt Th«ng sè vÒ m¸y, C¸c ®¹i lîng ®Çu vµo ®Æc trng(KG): g¸, dông cô gia kh«ng ®iÒu chØnh ®îc + §é mßn dao c«ng + Lùc c¾t +NhiÖt c¾t... §¹i lîng tæng hîp KG = f(EG) - Chi phÝ gia c«ng n¨ng suÊt gia c«ng Th«ng sè vÒ chi AG = f(KG) - Thêi gian gia tiªt gia c«ng AG = f(EG) c«ng Chi tiÕt m¸y Phoi H×nh 1.1: Qu¸ tr×nh t¹o phoi khi gia c«ng c¾t gät Tèi u ho¸ ®éng(hay lµ tèi u liªn tôc): Lµ tèi u ho¸ ngay c¶ trong qu¸ tr×nh c¾t nh»m khai th¸c tèi ®a tiÒm n¨ng cña hÖ thèng c«ng nghÖ. Qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ gi¶i quyÕt bµi to¸n dùa trªn m« h×nh ®éng cña qu¸ tr×nh c¾t, qu¸ tr×nh c¾t lu«n gi÷ ®îc ë tr¹ng th¸i c©n b»ng nhê kü thuËt ®iÒu khiÓn b»ng c¸ch liªn tôc x¸c ®Þnh gi¸ trÞ tèi u cña c¸c ®¹i lîng theo môc tiªu ®· ®Þnh theo thêi gian vµ