Tóm tắt Luận án Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC

BỘ GIÁ O DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁ CH KHOA HÀ NỘI

Phùng Xuâ n Lan

NGHIÊN CỨU XÂ Y DỰNG HỆ THỐNG TRỢ GIÚP

THIẾT KẾ QUY TRÌ NH CÔ NG NGHỆ GIA CÔ NG

CHI TIẾT TRÊN MÁ Y PHAY CNC

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 62520103

TÓ M TẮT LUẬN Á N TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2017

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bá ch khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Trần Văn Địch

PGS. TS. Hoàng Vĩnh Sinh

Phản biện 1:

Phản biện 2:

Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận á n tiến sĩ

cấp Trường họp tại Trường Đại học Bá ch khoa Hà Nội

Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tì m hiểu luận á n tại thư viện:

1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội

2. Thư viện Quốc gia Việt Nam

1

MỞ ĐẦU

1. Tí nh cấp thiết của đề tài

Lập quy trình công nghệ (QTCN) là một khâu kết nối quan

trọng giữa hai nhiệm vụ then chốt của quá trình sản xuất là thiết

kế và gia công. Lập QTCN giải quyết vấn đề lựa chọn các quá

trình sản xuất cần thiết, lựa chọn thiết bị gia công và dụng cụ cắt

hợp lý, thiết lập thứ tự gia công để biến ý tưởng của nhà thiết kế

thành những sản phẩm hiện hữu một cách kinh tế và có hiệu quả.

Trong các nhà máy gia công cơ khí ở Việt Nam hiện nay, đa

phần các công việc này đều được tiến hành thủ công. Khi lập

QTCN thủ công, người kỹ sư phải mất nhiều thời gian để tra cứu

sổ tay, tính toán, lựa chọn và ra quyết định cũng như chuẩn bị

các tài liệu thiết kế. Công việc này càng khó khăn, tốn nhiều

thời gian và công sức khi mà số lượng và chủng loại của các

trang thiết bị đặc biệt là dụng cụ cắt ngày càng lớn và thường

xuyên có sự biến động về số lượng. Hơn nữa, trong lập QTCN

thủ công thì chất lượng thiết kế phụ thuộc rất nhiều vào kinh

nghiệm của người thiết kế. Chính sự khác nhau giữa các thế hệ

kỹ sư với các kinh nghiệm không đồng đều cũng làm cho chất

lượng của QTCN không ổn định. Mặt khác, trong thiết kế

QTCN bên cạnh những công việc đòi hỏi tư duy và tri thức của

con người còn có những công việc nhàm chán mất nhiều thời

gian. Chính vì vậy, nhu cầu có một hệ thống hỗ trợ thiết kế

QTCN có sự trợ giúp của máy tính (CAPP) là hết sức cần thiết

để có thể tận dụng khả năng tính toán, xử lý và truy xuất nhanh

của máy tính với tư duy và tri thức của con người cho phép rút

ngắn thời gian thiết lập QTCN.

Trong nền sản xuất hiện đại, mặc dù được coi là cầu nối giữa

CAD và CAM nhưng CAPP phức tạp và khó khăn hơn nhiều và

chưa bắt kịp được sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ

CAD/CAM. Thực tế cho thấy rằng, hiện nay các phần mềm

thương mại CAD/CAM được phát triển rất mạnh bởi nhiều hãng

như Autodesk, Dassault System, Siemens v.v. nhưng chưa phát

triển được một mô-đun phần mềm CAPP thương mại thực sự do

tính chất đa dạng và phức tạp của CAPP. Trong bối cảnh như

vậy, nghiên cứu phát triển hệ thống hỗ trợ thiết kế QTCN bằng

2

máy tính có một ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất lớn. Đó cũng

chính là lý do cơ bản mà nghiên cứu sinh (NCS) cùng tập thể

hướng dẫn đã lựa chọn đề tài của luận án là: “Nghiên cứu xây

dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công

chi tiết trên máy phay CNC’’

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu cuối cùng của đề tài là xây dựng một hệ thống trợ

giúp thiết lập quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay

CNC bằng máy tính, cho phép hình thành các phiếu công nghệ

chỉ dẫn gia công trực tiếp từ mô hình vật thể rắn 3D thiết kế trong

phần mềm CAD thương mại.

3. Nội dung của luận á n

(1) Xây dựng phương pháp nhận dạng các đối tượng gia công

trên cơ sở các đối tượng tạo hình trực tiếp trong phần mềm CAD

thương mại.

(2) Xây dựng phương pháp lựa chọn trang bị công nghệ bao

gồm máy, dụng cụ cắt và phương pháp thiết lập thứ tự gia công

trên cơ sở dữ liệu (CSDL) thay đổi linh hoạt.

(3) Xây dựng giao diện tích hợp CAD-CAPP thử nghiệm với

nhiều chi tiết và cho phép ứng dụng trong thực tế sản xuất.

4. Đối tượng và phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Các chi tiết gia công trên máy

phay/khoan CNC.

Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn ở các chi tiết gia công trên máy

phay/khoan CNC 3D. Chi tiết gia công được thiết kế trong phần

mềm SolidWorks với đầy đủ yêu cầu kỹ thuật. Trợ giúp thiết kế

QTCN trong một số khâu cơ bản để hình thành phiếu công nghệ

chỉ dẫn gia công chỉ rõ các lựa chọn máy, dụng cụ cắt, hướng

tiếp cận dụng cụ, chế độ cắt và trình tự gia công.

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết chủ yếu được sử dụng để

xây dựng phương pháp trợ giúp thiết lập QTCN gia công các chi

tiết bằng máy tính. Giao diện tích hợp CAD-CAPP được xây

dựng để kiểm nghiệm phương pháp và thuật toán. Một số thử

3

nghiệm thực tế được tiến hành để thu thập CSDL, kiểm chứng

và hiệu chỉnh phương pháp.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học

Xây dựng được phương pháp nhận dạng đối tượng gia công

mới, cho phép mở rộng ra nhiều loại khác nhau, trực tiếp trong

phần mềm CAD thương mại.

Xây dựng được phương pháp lựa chọn trang bị công nghệ

theo thứ tự ưu tiên trên cơ sở đánh giá đa tiêu chí, gắn kết với

những thay đổi linh hoạt của CSDL và phương pháp hình thành

thứ tự gia công cho phép rút ngắn thời gian xử lý.

Xây dựng được bộ luật nhận dạng đối tượng gia công, phương

pháp gia công và lựa chọn dụng cụ cắt làm cơ sở cho việc thiết

kế QTCN.

Thiết kế được một hệ CSDL cho phép mở rộng và quản lý

hiệu quả dữ liệu của quá trình thiết kế QTCN

Ý nghĩa thực tiễn

Giao diện CAD-CAPP (BKCAPP) được viết trên cơ sở kết

quả nghiên cứu của luận án có khả năng ứng dụng trong đào tạo,

nghiên cứu và thực tế sản xuất.

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã được kiểm nghiệm trong

thực tế để gia công chi tiết tại Công ty MEKAMIC cho phép

giảm thời gian chuẩn bị sản xuất và thời gian gia công, nâng cao

khả năng tự động hoá trong nhà máy.

6. Cấu trúc của luận á n

Luận án gồm 5 chương cơ bản sau: Chương 1 - Tổng quan về

thiết kế QTCN có sự trợ giúp của máy tính (CAPP); Chương 2

– Phương pháp nhận diện đối tượng gia công; Chương 3 –

Phương pháp lựa chọn trang bị công nghệ và thứ tự nguyên công;

Chương 4 – Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ thiết kế QTCN;

Chương 5 – Xây dựng phần mềm BKCAPP để thiết kế QTCN

gia công các chi tiết trên máy phay CNC; Phần cuối cùng là kết

luận và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài; Tài liệu

tham khảo và danh mục các công trình đã công bố

4

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ QTCN CÓ SỰ

TRỢ GIÚP CỦA MÁ Y TÍ NH

1.1 Thiết kế quy trì nh cô ng nghệ có sự trợ giúp của

má y tí nh (CAPP)

1.2 Các phương pháp CAPP

1.2.1 CAPP khả biến

1.2.2 CAPP khả sinh

1.2.3 CAPP phối hợp

1.3 Các hướng tiếp cận để nhận dạng đối tượng gia

cô ng

1.4 Lựa chọn dụng cụ cắt

1.4.1 Lựa chọn chủng loại dụng cụ cắt

1.4.2 Lựa chọn kích thước dụng cụ cắt

1.5 Thiết lập thứ tự nguyên cô ng

Kết luận chương 1

Các phương pháp nhận dạng đối tượng gia công mới chỉ dừng

lại ở những thông tin hình học cơ bản chứ chưa bao gồm đầy đủ

các yêu cầu kỹ thuật và các mối quan hệ giao nhau là cơ sở quan

trọng của việc thiết lập QTCN.

Các phương pháp nhận dạng đối tượng chỉ chủ yếu giới hạn

ở các đối tượng dạng cắt 2.5D với khả năng mở rộng sang các

dạng đối tượng khác bị hạn chế.

Các phương pháp lựa chọn dụng cụ cắt chưa được đánh giá

toàn diện nhiều tiêu chí và không phù hợp với một hệ CSDL lớn

bao gồm nhiều chủng loại và kích thước dụng cụ cắt.

Các phương pháp thiết lập thứ tự nguyên công còn hạn chế

về tính phức tạp của phương pháp và thời gian xử lý.

Phương pháp khả sinh kết hợp với khả năng tương tác của

con người là xu hướng phát triển của CAPP hiện nay.

Những kết luận trên đây là cơ sở khoa học cho việc xác định

mục đích, nội dung, đối tượng và phương pháp nghiên cứu của

luận án “Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy

trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC”

5

2

CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG ĐỐI

TƯỢNG GIA CÔ NG

2.1 Sơ đồ thực hiện

Xuất phát từ dữ liệu đầu vào gồm bốn yếu tố: mô hình vật thể

rắn 3D cùng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản, thông tin về vật liệu

gia công, dạng sản xuất, phương pháp chế tạo phôi và xử lý nhiệt,

thông qua hệ thống thiết lập QTCN sẽ hình thành nên kết quả

đầu ra gồm hai phiếu cơ bản là phiếu dụng cụ cắt và phiếu công

nghệ chỉ dẫn gia công. Trong sơ đồ tổng thể của hệ thống (Hình

2.1), quá trình trích xuất và nhận dạng gồm ba bước cơ bản.

Vật liệu gia công

Mô hì nh CAD 3D trong

SolidWorks với đầy đủ yêu

cầu kỹ thuật

Dạng sản xuất

ĐẦU VÀO

Phương pháp chế tạo

phôi và xử lý nhiệt

Bước 1

ĐẦU VÀO

Tách biệt thành các đối tượng đơn lẻ

Bước 2c

Bước 2b

Trích xuất các thông

tin thiết kế cho mỗi

đối tượng tạo hình

Bước 2d

Độ nhám bề mặt

Bước 2a

Trích xuất các

yêu cầu kỹ

thuật

Trích xuất các

kích thước cơ

bản của đối

tượng

Trích xuất các

đặc tính giao

nhau của đối

tượng

Độ chính xác gia công

Các mặt chuẩn

Bước 3

Nhận dạng các đối tượng gia công

bằng các luật nhận dạng

Bước 4

Nhận dạng sơ bộ

phương pháp gia công

Má y (Tương ứng với

thư viện máy)

Bước 5

Dụng cụ cắt (Tương

ứng với thư viện dao)

Lựa chọn máy/dao cho từng đối

tượng gia công

Kích thước cơ bản

Chế độ cắt

Bước 6

Nhận dạng chính xác

Mức độ thô/tinh

Nhận dạng chính xác

phương pháp gia công

Phương thức gia

cô ng

Bước 7

Thiết lập thứ tự nguyên công

Phiếu dụng cụ cắt

ĐẦU RA

Phiếu công nghệ chỉ

dẫn gia công

Hình 2.1 Sơ đồ các bước thiết lập quy trình gia công

6

2.2 Phâ n loại các đối tượng gia cô ng

Trong các nghiên cứu trước đây, nhiều dạng đối tượng tạo

hình dạng cắt 2.5D [49] đã được xây dựng nhưng chưa nhiều

nghiên cứu nào tập trung phân loại các đối tượng tạo hình dạng

khối. NCS đã phát triển thêm một số dạng đối tượng gia công

dạng khối và dạng đảo.

2.3 Quá trì nh trí ch xuất và nhận dạng đối tượng tạo

hì nh dạng vẽ phá c

2.3.1 Quá trì nh trí ch xuất dữ liệu với trường hợp đối

tượng tạo hì nh dạng vẽ phá c

Quá trình trích xuất và nhận dạng với đối tượng tạo hình dạng

vẽ phác có thể mô tả như Hình 2.2

1. QUÁ TRÌNH TRÍCH XUẤT DỮ LIỆU TỪ MỖI ĐỐI TƯỢNG

TẠO HÌNH DẠNG VẼ PHÁC (SOLIDWORKS)

Loại đối

tượng (FT)

Dạng vẽ phác

Dạng điều kiện

bao (CT)

Dạng vát

(DT)

Hướng mở của

đối tượng (DM)

Hướng vẽ phác

Dạng đảo (IT)

(ST)

(SM)

2. QUÁ TRÌNH NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG GIA CÔNG

TRÊN CƠ SỞ CÁC LUẬT

+ Hốc

Đóng/Mở

+ Bậc

Thô ng/Kí n

+ Rã nh

+ Khối

+ Phương thức gia

cô ng 2.5D, 3D hay

4D/5D

+ Đảo

Hình chữ nhật/Hì nh trò n/Biên dạng tự do

Vê trò n/Vá t mé p

+ Khối cơ sở

+ Lỗ

+ Đối tượng chuyển

tiếp

Ren/Khô ng ren

3. LƯU DỮ LIỆU VÀO SQL SERVER CHO

BƯỚC XỬ LÝ TRONG BKCAPP

Hình 2.2 Lược đồ mô tả quá trình nhận dạng đối tượng tạo hình

dạng vẽ phác

Loại đối tượng (FT): Định dạng thực tế của từng đối tượng

đơn.

Loại vẽ phác (ST): Hình dáng của hình vẽ phác

Hướng vẽ phác (SD): Hướng tạo hình của đối tượng từ hình

vẽ phác

Dạng điều kiện bao (CT): Trên cơ sở những đối tượng gia

công dạng cắt đã được đề cập đến trong các nghiên cứu trước

7

đây [49], NCS xây dựng thêm một số đối tượng thuộc dạng khối

và dạng đảo hay dạng khối và đảo kết hợp như mô tả ở Hình 2.7.

Vấn đề mấu chốt trong việc xác định điều kiện bao là việc xác

định đặc tính đóng hay mở của các phần tiếp giáp giữa đối tượng

đang xét và đối tượng giao với nó. Đặc tính mở của đối tượng là

thông tin quan trọng để xác định các hướng tiếp cận dụng cụ

(pTAD).

Dạng cắt (Cut)

Kí n

khô ng

thô ng

Khô ng

thô ng - hở thô ng - hở - hở nhiều

1 hướng 2 hướng hướng

Khô ng Khô ng thô ng

Kí n

thô ng

Thông hở

1 hướng

Thông hở 2

hướng

Dạng khối (Boss)

Tự do

theo 4

hướng

Tiếp giáp 2

hướng

Tiếp giáp 1

hướng

Dạng đảo

Thấp hơn

tiếp giáp 1

hướng

Thấp hơn

tiếp giáp 2 do theo 4

hướng hướng

Bằng tự

Bằng tiếp

giá p 1

hướng

Thấp hơn

tự do theo 4

hướng

Bằng tiếp giáp

2 hướng

Dạng khối & đảo

kết hợp

Cao hơn tự Cao hơn tiếp Cao hơn tiếp

do theo 4 giá p 1 hướng giá p 2 hướng

hướng

Khối cơ sở

Hình 2.7 Phân loại các dạng điều kiện bao

Dạng vát (DT): Một đối tượng có thể không bị vát, vát âm,

vát dương hay vát đa cạnh.

Dạng đảo (IT): Một đối tượng có thể có hoặc không có đảo.

Sự xuất hiện của các đảo sẽ làm thay đổi đặc tính gia công của

đối tượng đó

Hướng mở của đối tượng (DM): Hướng mở của đối tượng

có hai dạng là cùng hướng và khác hướng.

8

2.3.2 Quá trì nh nhận dạng đối tượng gia cô ng từ cá c

đối tượng tạo hì nh dạng vẽ phá c

Các luật nhận dạng được xây dựng trong Microsoft SQL

server dựa trên bảy dữ liệu đã được trích xuất từ các thông tin

hình học của đối tượng gia công.

Cấu trúc luật nhận dạng

Nếu

Dạng đối tượng là Cắt kéo hoặc Cắt quét và

Loại vẽ pháclà Hình chữ nhật và

Hướng vẽ phác là Đường thẳng vuông góc và

Điều kiện bao là Mở hai mặt không thông và

Dạng vát là Không vát và

Dạng đảo là Không đảo và

Hướng mở của đối tượng là Cùng hướng

Thì Đối tượng gia công là Bậc kín 2.5D hình chữ nhật

2.4 Quá trì nh trí ch xuất và nhận dạng đối tượng tạo

hì nh dạng thiết lập đặc tí nh và vị trí

2.4.1 Quá trì nh trí ch xuất đối tượng tạo hì nh dạng lỗ

Mỗi lỗ (HoleWzd) có một đặc trưng cho kiểu lỗ khác nhau

và 25 kích thước khác nhau liên quan đến thông số hình học của

lỗ. Số lượng và đặc điểm của các kích thước khác 0 sẽ là cơ sở

để nhận dạng các đối tượng gia công.

2.4.2 Quá trì nh nhận dạng đối tượng tạo hì nh HoleWzd

Cấu trúc luật nhận dạng

Nếu

Kích thước Đường kính (Diameter) khác 0 và

Kích thước Chiều sâu (Depth) khác 0 và

Kích thước Góc khoan (DrillAngle) khác 0

Thì Đối tượng gia công là Lỗ khoan

2.4.3 Quá trì nh nhận dạng đối tượng tạo hì nh dạng

chuyển tiếp

2.5 Quá trì nh trí ch xuất và nhận dạng yêu cầu kỹ

thuật

9

2.6 Quá trì nh nhận dạng cá c mối quan hệ giữa cá c

đối tượng tạo hì nh

Kết luận chương 2

Không chỉ trích xuất được các thông tin hình học mà còn cho

phép trích xuất các yêu cầu kỹ thuật và các đặc điểm giao nhau

giữa các đối tượng.

Đã mở rộng việc nhận dạng từ các đối tượng gia công dạng

cắt sang dạng khối, dạng đảo và dạng khối đảo kết hợp

Việc trích xuất các đối tượng tạo hình theo bảy yếu tố hình

học cho phép nhận dạng được cụ thể nhiều loại đối tượng từ

phương thức gia công 2.5D, 3D sang nhiều trục.

Bộ luật nhận dạng được thiết lập và quản lý trong CSDL nên

tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở rộng, hiệu chỉnh do đó tăng

khả năng tương tác và mở rộng với người sử dụng.

Phương pháp nhận dạng theo đối tượng này được tiến hành

hoàn toàn tự động tích hợp trong môi trường thiết kế 3D của

SolidWorks nên giải quyết được nút thắt cơ bản trong CAPP là

dòng tích hợp CAD/CAPP.

3

CHƯƠNG 3 - PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN TRANG

BỊ CÔ NG NGHỆ VÀ THỨ TỰ NGUYÊN CÔ NG

3.1 Phương pháp lựa chọn dụng cụ cắt

3.1.1 Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) để lựa

chọn loại dụng cụ cắt

3.1.1.1 Phương pháp phân tích thứ bậc AHP

3.1.1.2 Phương pháp AHP với những cải tiến trong lựa

chọn loại dụng cụ cắt

Phương pháp AHP đã được phát triển ở mức cao hơn bằng

cách thêm hai tiêu chí lựa chọn đầu tiên cho phép lựa chọn được

các phương án loại dụng cụ cắt tương ứng với các dữ liệu đầu

vào khác nhau chứ không cố định với chỉ một dữ liệu đầu vào.

Hình 3.2 là mô hình AHP với trường hợp bậc thẳng. Trên cơ sở

đánh giá rời rạc các tiêu chí ví dụ như Hình 3.8, phương pháp

AHP sẽ tổng hợp các tiêu chí để có một đánh giá mức độ ưu tiên

tổng hợp cho phép lựa chọn một loại dụng cụ cắt tốt hơn như

Hình 3.9.

10

Lựa chọn dụng cụ cắt tối ưu

MỤC TIÊU

(Gia công mặt bậc)

Công suất

Khả năng bóc

tá ch phoi (MRC)

(PR)

Giá thành

dụng cụ cắt

(TC)

Chất lượng

(Qa)

Cá c chi phí

khá c (CR)

Đặc tính hình học

máy yêu cầu

(SC)

Thấp (Lo)

Trung bì nh (M)

Tỷ lệ dài/

rộng (AR)

Thô (Ro)

Cao (Hi)

CÁC TIÊU CHÍ LỚN VÀ TIÊU CHÍ THÀNH PHẦN

Nhỏ (Sm)

Lớn (La)

Bá n tinh

(SF)

Bề rộng (Wi)

Yếu (Li)

Độ cứng

vững (SD)

Tinh (Fi)

Bình thường (No)

Nặng (He)

Dao phay ngó n

liền khối

Dao phay ngón răng

chắp cạnh dài 90

(LEM)

Dao phay ngón răng

Dao phay đĩa

chắp thường 90

(SFM)

CÁ

C

PHƯƠNG ÁN

(SEM)

(IEM90)

Loại dụng cụ cắt có mức ưu tiên cao nhất

và thứ tự ưu tiên của các loại

KẾT QUẢ

Hình 3.2 Mô hình cấu trúc thứ bậc (Gia công mặt bậc thẳng)

Phương pháp AHP cũng là cơ sở để thiết lập bộ luật lựa chọn

loại dụng cụ cắt theo thứ tự ưu tiên

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Đ ặ c t í n h

h ì n h h ọ c

C h ấ t

l ư ợ n g

K h ả n ă n g C ô n g s u ấ t G i á t h à n h

C á

c c h i

b ó c t á c h

p h o i

c ắ t y ê u

c ầ u

d ụ n g c ụ

c ắ t

p h í k h á c

Dao phay ngón liền khối

Dao phay ngón răng chắp cạnh dài

Dao phay ngón răng chắp cạnh ngắn

Dao phay đĩa

Hình 3.8 Mức độ ảnh hưởng của các tiêu chí chính

11

0.2961

0.2809

0.2527

0.3

0.2

0.1

0

0.1784

Dao phay ngón

liền khối

Dao phay ngón

răng chắp cạnh

dài

Dao phay ngón

răng chắp cạnh

ngắn

Dao phay đĩa

Hình 3.9 Mức độ ưu tiên của các phương án lựa chọn

3.1.2 Lựa chọn cá c kích thước dụng cụ cắt

Cơ sở để lựa chọn đường kính dụng cụ cắt trong trường hợp

này là khống chế số lượng đường chạy dao tuy nhiên cần hạn

chế trường hợp góc ôm toàn bộ dụng cụ cắt. Với trường hợp tổng

quát để gia công hốc, các thông số cần xem xét tới được thể hiện

trong Bảng 3.6. Toàn bộ các kích thước nêu trong bảng cần được

trích xuất trong quá trình nhận dạng đối tượng gia công dạng hốc

2.5D. Số lượng trong bộ dụng cụ cắt gia công hốc tùy thuộc vào

sự tương quan và sai khác giữa các kích thước tạo hình của hốc.

Xác định D_F: Đường kính của dụng cụ cắt lần cuối

퐷_푠퐷_푏퐷_푖푖퐷_표푠퐷_푠푖

= 푀ꢀꢁ(푅_푠, 푅_푏,

,

)

푅_퐹푚푖푛= {

(3.1)

(3.2)

2

≠ 0

퐷_퐹= 푘_퐹× 푅_퐹푚푖푛

Xác định D_R: Đường kính của dụng cụ cắt thô

퐷_푠푠푀_푠푖퐴_표푠푀_푠푖

= 푀ꢀꢁ(

,

)

푅_푅푚푖푛= {

(3.3)

(3.4)

(3.5)

2

≠ 0

퐷_푅= 푘_푅× (푅_푅푚푖푛× 푎₁+ 푅_푅푚푖푛× 푎₂) × 푎₀

푅_푅푚푖푛

= 0 ꢁế푢 푅_퐹푚푖푛

>

푎_표{

2

= 1 푘ℎá푐

푅_푅푚푖푛

= 1 ꢁế푢 푅_퐹푚푖푛

= 0 푘ℎá푐

≤

푣à 푅_퐹푚푖푛>

푎₁{

(3.6)

2

8

12

푅_푅푚푖푛

= 1 ꢁế푢 푅_퐹푚푖푛

<

푎₂{

(3.7)

(3.8)

8

= 0 푘ℎá푐

Xác định D_SF: Bán kính của dụng cụ cắt trung gian

(nếu cần)

푅_푅푚푖푛

퐷_푆퐹= 푘_푆퐹×

× 푎₂

4

Bảng 3.6 Các loại kích thước cơ bản của hốc

Kí hiệu Loại kích thước

STT

Rs

Rb

Ds

Db

Dos

Bán kính góc lượn nhỏ nhất theo mặt cạnh

Bán kính góc lượn nhỏ nhất theo mặt đáy

Khoảng vát nhỏ nhất theo mặt cạnh

Khoảng vát nhỏ nhất theo mặt đáy

Khoảng cách nhỏ nhất giữa các mặt hở

Khoảng cách nhỏ nhất giữa mặt cạnh hốc và

mặt cạnh đảo

1

2

3

4

5

Dsi

6

Dii

Dss

Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai đảo

Bề rộng nhỏ nhất của hốc

7

8

Khoảng cách lớn nhất giữa mặt hốc và mặt

cạnh đảo

Msi

9

Aos

Am

Khoảng cách trung bình giữa các mặt hở

Góc nhỏ nhất hợp giữa các mặt cạnh

10

11

3.1.3 Thuật toá n lựa chọn dụng cụ cắt

Sơ đồ khối mô tả các bước lựa chọn dụng cụ cắt mô tả như

Hình 3.11. Toàn bộ quá trình lựa chọn này đều được tiến hành

trên CSDL hệ thống. Khi kết thúc vòng lặp mà không dụng cụ

cắt nào được xác định thì hệ thống sẽ đưa ra yêu cầu mua dụng

cụ cắt ngoài thị trường theo những kích thước và chủng loại được

ưu tiên nhất.

3.1.4 Xác định chế độ cắt

3.2 Lựa chọn má y cô ng cụ

13

Bước 3a: Xây dựng mô

hình AHP cho lựa chọn

loại dụng cụ cắt

BẮT ĐẦU

Với mỗi đối tượng gia công

Bước 3b: Thiết lập bộ

luật lựa chọn thứ tự ưu

tiên các loại dụng cụ

trên cơ sở AHP

Bước 1: Xác định sơ bộ

các phương pháp gia công

Bước 3c: Mã hó a cá c

dữ liệu đầu vào tùy từng

dạng gia công

Bước 2: Xác định sơ bộ kích

thước dụng cụ cắt

Bước 3: Xác định N loại dụng cụ theo

thứ tự ưu tiên bằng phương pháp AHP

Bước 3d: Duyệt qua bộ

luật lựa chọn loại

dụng cụ cắt

i = 0

Xuất ra loại dụng cụ

đầu tiên trong thứ tự

i = i+1

Đ

i > N

ưu tiên

S

Bước 4: Tìm kiếm

họ và cán dụng cụ

tương ứng

S

Dữ liệu họ dụng cụ

và cán dụng cụ

Có họ dụng cụ

Đ

S

Bước 5: Lựa chọn kích thước

dụng cụ cắt (Hiệu chỉnh trong

phạm vi) và tìm mác dụng cụ

Có mác dụng cụ

Đ

Dữ liệu dụng cụ cắt

Dữ liệu mảnh cắt

S

Bước 6: Lựa chọn

mảnh cắt qua luật

Có mác mảnh cắt

Đ

S

Có vật liệu

mảnh cắt

Đưa ra yêu cầu

mua dụng cụ cắt

Bước 7: Xác định

vật liệu mảnh cắt

Dữ liệu

vật liệu cắt

Đ

Bước 8: Xác định thông tin

chế độ cắt

(Hiệu chỉnh nếu cần)

Dữ liệu thông số

chế độ cắt

Bước 9: Xác định chính xác

dụng cụ cắt được chọn

Luật lựa chọn phương

pháp gia công tương ứng

với dụng cụ cắt và đối

tượng gia công

Xác định phương pháp gia

cô ng chí nh xá c

KẾT THÚC

Hình 3.11 Sơ đồ khối lựa chọn dụng cụ cắt

14

3.3 Phương pháp thiết lập thứ tự nguyên cô ng

Khi có nhiều phương án lựa chọn máy, dụng cụ cắt và hướng

tiếp cận dụng cụ cũng như nhiều thứ tự nguyên công thỏa mãn

điều kiện ràng buộc thứ tự thì nhiệm vụ của bài toán này là tìm

thứ tự nguyên công trên cơ sở tối thiểu chi phí gia công (Hình

3.15)

MO1

MO2

MOi

MOn

Chi phí

C1

M1, TAD1, T1

M1, TAD3, T4

M4, TAD1, T3

M1, TAD4, T3

Bài toá n

tối ưu hóa thứ

tự nguyên công

MO1

MO2

MOi

MOn

Chi phí

C2

^{M2, T}.^A.^D.^{1, T2}

M1, TAD1, T3

M4, TAD3, T3

M4, TAD4, T2

Chi phí

MIN

MO1

MOi

MO2

MOn

Chi phí

Ci

M2, TAD1, T2

M4, TAD1, T2

M2, TAD1, T4

M4, TAD4, T2

...

MO1

MOi

MOn

Chi phí

Cn

M2, TAD1, T2

M2,TAD1, T2

M4, TAD4, T2

Hình 3.15 Các phương án thiết lập thứ tự nguyên công

3.3.1 Xâ y dựng cá c ma trận ràng buộc thứ tự

Nguyên tắc 1: Ràng buộc gia công (thô/bán tinh/tinh)

Nguyên tắc 2: Ràng buộc chuẩn gốc (mặt chuẩn/gốc ưu tiên

gia công trước)

Nguyên tắc 3: Ràng buộc công nghệ (thuận lợi cho hướng

tiếp cận dụng cụ)

Nguyên tắc 4: Ràng buộc gá đặt (thuận lợi cho việc gá đặt)

Nguyên tắc 5: Ràng buộc giao nhau tùy vào đặc điểm giao

nhau của đối tượng

3.3.2 Tí nh toá n chi phí gia cô ng

3.3.3 Thiết lập thứ tự gia công trong trường hợp lựa

chọn thiết bị cố định

3.3.3.1 Thuật toá n thiết lập

3.3.3.2 Kiểm nghiệm thuật toá n

3.3.4 Thiết lập thứ tự gia cô ng với trường hợp lựa

chọn thiết bị linh hoạt

15

3.3.4.1 Thuật toá n thiết lập

Hình 3.16 mô tả sơ đồ khối để thiết lập thứ tự nguyên công

với 6 bước cơ bản

3.3.4.2 Kiểm nghiệm thuật toá n

1. Danh sách các bước/nguyên cô ng kè m

lựa chọn trang bị công nghệ tương ứng

ĐẦU VÀO

2. Ma trận ràng buộc thứ tự P

Bước 1: Sắp xếp các phương án khả thi của

bước/NC đầu tiên theo thứ tự ưu tiên

MODauTien

NI = số vòng lặp

NumMO = tổng số bước/NC

N = số bước/NC trong danh sá ch

i = chỉ số của danh sách các phương án thứ tự

NC DSThuTuA

Bước 2: Lưu mỗi bước/NC MODauTien vào

một danh sách DSThuTuA[i]

i = 0

Bước 3: Tìm phương án khả thi của

bước/NC tiếp theo trong danh sách

thứ i

Bước 4: Thêm bước/NC đó vào danh

sá ch DSThuTuA[i]

N = N + 1

Đ

Bước 5: Tí nh toá

n

N> NumMO

i = i+1

tổng chi phí gia công

S

Bước 6: Đưa ra thứ tự NC có

chi phí gia công nhỏ nhất

i > NI

Đ

S

KẾT THÚC

Quy trình công nghệ có

chi phí gia công nhỏ nhất

ĐẦU RA

Hình 3.16 Thuật toán thiết lập thứ tự nguyên công

Kết quả so sánh trong Hình 3.20 cho thấy các giá trị lớn nhất,

giá trị trung bình và giá trị nhỏ nhất qua 10 vòng lặp của phương

pháp đề xuất đều nhỏ hơn các phương pháp trước. Điều này thể

16

hiện phương pháp đề xuất đã khoanh vùng được các bước/NC

hiệu quả để đưa vào thứ tự nguyên công, do đó chỉ đánh giá và

lựa chọn phương án thiết lập thứ tự nguyên công từ những quy

trình có mức độ ưu tiên cao.

Thuật toán chọn lọc ghép nhóm

Thuật toán mô phỏng luyện kim

Thuật toán tìm kiếm Tabu

Thuật toán gen

1500

1400

1300

1200

1100

1000

900

1458

1291

1198

1058

1038

1158

1022

1014

1053.5

1008

G i á t r ị t r u n g b ì n h G i á t r ị l ớ n n h ấ t

G i á t r ị n h ỏ n h ấ t

Hình 3.20 So sánh với các thuật toán khác (Thiết bị linh hoạt)

Kết luận chương 3

Phương pháp AHP được cải tiến bằng cách thêm hai tiêu chí

lựa chọn so với phương pháp AHP truyền thống cho phép sắp

xếp loại dụng cụ cắt theo thứ tự ưu tiên linh hoạt với nhiều lựa

chọn đầu vào.

Số lượng đường chạy dao và mối tương quan giữa các kích

thước tạo hình là cơ sở quan trọng để tính toán và lựa chọn bộ

dụng cụ cắt cho phép rút ngắn thời gian tìm kiếm dụng cụ, thích

hợp với sự đa dạng của CSDL

Việc lựa chọn máy theo thứ tự ưu tiên trên cơ sở đánh giá

không chỉ giá thành mà còn cả mức độ tải của máy.

Các thủ tục kiểm tra ràng buộc thứ tự và sắp xếp thứ tự ưu

tiên lựa chọn ở từng bước được lồng vào thuật toán ghép nhóm

cho phép giảm thời gian xử lý so với các phương pháp thiết lập

thứ tự nguyên công trước.

17

4

CHƯƠNG 4 - XÂ Y DỰNG CSDL PHỤC VỤ

THIẾT KẾ QTCN

4.1 Thiết kế CSDL

4.1.1 Đặc điểm và cấu trúc của CSDL thiết kế QTCN

Cấu trúc gồm 4 nhóm CSDL cơ bản bao gồm CSDL lựa chọn

ban đầu, CSDL chi tiết gia công, CSDL nhận dạng và lựa chọn,

CSDL mã hóa

Hình 4.1 Sơ đồ mô tả đường luân chuẩn dữ liệu trong CSDL