BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phùng Xuân Lan NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRỢ GIÚP THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 62520103 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách 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 bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lập quy trình cơng nghệ (QTCN) khâu kết nối quan trọng hai nhiệm vụ then chốt q trình sản xuất thiết kế gia cơng Lập QTCN giải vấn đề lựa chọn trình sản xuất cần thiết, lựa chọn thiết bị gia công dụng cụ cắt hợp lý, thiết lập thứ tự gia công để biến ý tưởng nhà thiết kế thành sản phẩm hữu cách kinh tế có hiệu Trong nhà máy gia cơng khí Việt Nam nay, đa phần công việc tiến hành thủ công Khi lập QTCN thủ công, người kỹ sư phải nhiều thời gian để tra cứu sổ tay, tính tốn, lựa chọn định chuẩn bị tài liệu thiết kế Cơng việc khó khăn, tốn nhiều thời gian công sức mà số lượng chủng loại trang thiết bị đặc biệt dụng cụ cắt ngày lớn thường xuyên có biến động số lượng Hơn nữa, lập QTCN thủ cơng chất lượng thiết kế phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm người thiết kế Chính khác hệ kỹ sư với kinh nghiệm không đồng làm cho chất lượng QTCN không ổn định Mặt khác, thiết kế QTCN bên cạnh công việc đòi hỏi tư tri thức người cịn có cơng việc nhàm chán nhiều thời gian Chính vậy, nhu cầu có hệ thống hỗ trợ thiết kế QTCN có trợ giúp máy tính (CAPP) cần thiết để tận dụng khả tính tốn, xử lý truy xuất nhanh máy tính với tư tri thức người cho phép rút ngắn thời gian thiết lập QTCN Trong sản xuất đại, coi cầu nối CAD CAM CAPP phức tạp khó khăn nhiều chưa bắt kịp phát triển mạnh mẽ công nghệ CAD/CAM Thực tế cho thấy rằng, phần mềm thương mại CAD/CAM phát triển mạnh nhiều hãng Autodesk, Dassault System, Siemens v.v chưa phát triển mô-đun phần mềm CAPP thương mại thực tính chất đa dạng phức tạp CAPP Trong bối cảnh vậy, nghiên cứu phát triển hệ thống hỗ trợ thiết kế QTCN máy tính có ý nghĩa khoa học thực tiễn lớn Đó lý mà nghiên cứu sinh (NCS) tập thể hướng dẫn lựa chọn đề tài luận án là: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết máy phay CNC’’ Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu cuối đề tài xây dựng hệ thống trợ giúp thiết lập quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết máy phay CNC máy tính, cho phép hình thành phiếu công nghệ dẫn gia công trực tiếp từ mơ hình vật thể rắn 3D thiết kế phần mềm CAD thương mại Nội dung luận án (1) Xây dựng phương pháp nhận dạng đối tượng gia cơng sở đối tượng tạo hình trực tiếp phần mềm CAD thương mại (2) Xây dựng phương pháp lựa chọn trang bị công nghệ bao gồm máy, dụng cụ cắt phương pháp thiết lập thứ tự gia công sở liệu (CSDL) thay đổi linh hoạt (3) Xây dựng giao diện tích hợp CAD-CAPP thử nghiệm với nhiều chi tiết cho phép ứng dụng thực tế sản xuất Đối tượng phạm vi phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Các chi tiết gia công máy phay/khoan CNC Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn chi tiết gia công máy phay/khoan CNC 3D Chi tiết gia công thiết kế phần mềm SolidWorks với đầy đủ yêu cầu kỹ thuật Trợ giúp thiết kế QTCN số khâu để hình thành phiếu công nghệ dẫn gia công rõ lựa chọn máy, dụng cụ cắt, hướng tiếp cận dụng cụ, chế độ cắt trình tự gia cơng Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết chủ yếu sử dụng để xây dựng phương pháp trợ giúp thiết lập QTCN gia công chi tiết máy tính Giao diện tích hợp CAD-CAPP xây dựng để kiểm nghiệm phương pháp thuật toán Một số thử nghiệm thực tế tiến hành để thu thập CSDL, kiểm chứng hiệu chỉnh phương pháp Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học Xây dựng phương pháp nhận dạng đối tượng gia công mới, cho phép mở rộng nhiều loại khác nhau, trực tiếp phần mềm CAD thương mại Xây dựng phương pháp lựa chọn trang bị công nghệ theo thứ tự ưu tiên sở đánh giá đa tiêu chí, gắn kết với thay đổi linh hoạt CSDL phương pháp hình thành thứ tự gia cơng cho phép rút ngắn thời gian xử lý Xây dựng luật nhận dạng đối tượng gia công, phương pháp gia công lựa chọn dụng cụ cắt làm sở cho việc thiết kế QTCN Thiết kế hệ CSDL cho phép mở rộng quản lý hiệu liệu trình thiết kế QTCN Ý nghĩa thực tiễn Giao diện CAD-CAPP (BKCAPP) viết sở kết nghiên cứu luận án có khả ứng dụng đào tạo, nghiên cứu thực tế sản xuất Kết nghiên cứu đề tài kiểm nghiệm thực tế để gia công chi tiết Công ty MEKAMIC cho phép giảm thời gian chuẩn bị sản xuất thời gian gia công, nâng cao khả tự động hoá nhà máy Cấu trúc luận án Luận án gồm chương sau: Chương - Tổng quan thiết kế QTCN có trợ giúp máy tính (CAPP); Chương – Phương pháp nhận diện đối tượng gia công; Chương – Phương pháp lựa chọn trang bị công nghệ thứ tự nguyên công; Chương – Xây dựng sở liệu phục vụ thiết kế QTCN; Chương – Xây dựng phần mềm BKCAPP để thiết kế QTCN gia công chi tiết máy phay CNC; Phần cuối kết luận đề xuất hướng nghiên cứu đề tài; Tài liệu tham khảo danh mục cơng trình công bố CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ QTCN CĨ SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH 1.1 Thiết kế quy trình cơng nghệ có trợ giúp máy tính (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 công 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 công Kết luận chương Các phương pháp nhận dạng đối tượng gia công dừng lại thơng tin hình học chưa bao gồm đầy đủ yêu cầu kỹ thuật mối quan hệ giao sở quan trọng việc thiết lập QTCN Các phương pháp nhận dạng đối tượng chủ yếu giới hạn đối tượng dạng cắt 2.5D với khả mở rộng sang dạng đối tượng khác bị hạn chế Các phương pháp lựa chọn dụng cụ cắt chưa đánh giá tồn diện nhiều tiêu chí khơng phù hợp với hệ CSDL lớn bao gồm nhiều chủng loại kích thước dụng cụ cắt Các phương pháp thiết lập thứ tự ngun cơng cịn hạn chế tính phức tạp phương pháp thời gian xử lý Phương pháp khả sinh kết hợp với khả tương tác người xu hướng phát triển CAPP Những kết luận sở khoa học cho việc xác định mục đích, nội dung, đối tượng phương pháp nghiên cứu luận án “Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết máy phay CNC” CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG GIA CÔNG 2.1 Sơ đồ thực Xuất phát từ liệu đầu vào gồm bốn yếu tố: mơ hình vật thể rắn 3D u cầu kỹ thuật bản, thông tin vật liệu gia công, dạng sản xuất, phương pháp chế tạo phôi xử lý nhiệt, thông qua hệ thống thiết lập QTCN hình thành nên kết đầu gồm hai phiếu phiếu dụng cụ cắt phiếu công nghệ dẫn gia công Trong sơ đồ tổng thể hệ thống (Hình 2.1), q trình trích xuất nhận dạng gồm ba bước Vật liệu gia cơng Mơ hình CAD 3D SolidWorks với đầy đủ yêu cầu kỹ thuật Độ nhám bề mặt Phương pháp chế tạo phôi xử lý nhiệt Bước Tách biệt thành đối tượng đơn lẻ ĐẦU VÀO Độ xác gia cơng Dạng sản xuất ĐẦU VÀO Bước 2a Trích xuất yêu cầu kỹ thuật Bước 2c Trích xuất kích thước đối tượng Bước 2b Trích xuất thơng tin thiết kế cho đối tượng tạo hình Các mặt chuẩn Bước 2d Trích xuất đặc tính giao đối tượng Bước Nhận dạng đối tượng gia công luật nhận dạng Máy (Tương ứng với thư viện máy) Dụng cụ cắt (Tương ứng với thư viện dao) Chế độ cắt Bước Bướcsơ4 Nhận dạng Nhận dạng phương pháp giasơ công phương pháp gia công Bước Bướccho đối Lựa chọn máy/dao Lựa chọn máy/dao cho đối tượng gia công tượng gia cơng Kích thước Bước Bước xác Nhận dạng Nhận pháp dạng gia xác phương công phương pháp gia công Mức độ thô/tinh Phương thức gia công Bước 7 Thiết lập thứ Bước tự nguyên công Thiết lập thứ tự nguyên công Phiếu dụng cụ cắt ĐẦU RA Phiếu công nghệ dẫn gia cơng Hình 2.1 Sơ đồ bước thiết lập quy trình gia cơng 2.2 Phân loại đối tượng gia công Trong nghiên cứu trước đây, nhiều dạng đối tượng tạo hình dạng cắt 2.5D [49] xây dựng chưa nhiều nghiên cứu tập trung phân loại đối tượng tạo hình dạng khối NCS phát triển thêm số dạng đối tượng gia cơng dạng khối dạng đảo Q trình trích xuất nhận dạng đối tượng tạo hình dạng vẽ phác 2.3.1 Q trình trích xuất liệu với trường hợp đối tượng tạo hình dạng vẽ phác Quá trình trích xuất nhận dạng với đối tượng tạo hình dạng vẽ phác mơ tả Hình 2.2 2.3 Q TRÌNH TRÍCH XUẤT DỮ LIỆU TỪ MỖI ĐỐI TƯỢNG TẠO HÌNH DẠNG VẼ PHÁC (SOLIDWORKS) Loại đối tượng (FT) Dạng vẽ phác (ST) Hướng vẽ phác (SM) Dạng điều kiện bao (CT) Dạng vát (DT) Dạng đảo (IT) Hướng mở đối tượng (DM) QUÁ TRÌNH NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG GIA CƠNG TRÊN CƠ SỞ CÁC LUẬT + Phương thức gia công 2.5D, 3D hay 4D/5D + Hốc + Bậc + Rãnh + Khối + Đảo + Khối sở + Lỗ + Đối tượng chuyển tiếp Đóng/Mở Thơng/Kín Hình chữ nhật/Hình trịn/Biên dạng tự Vê trịn/Vát mép Ren/Khơng ren LƯU DỮ LIỆU VÀO SQL SERVER CHO BƯỚC XỬ LÝ TRONG BKCAPP Hình 2.2 Lược đồ mơ tả q trình nhận dạng đối tượng tạo hình dạng vẽ phác Loại đối tượng (FT): Định dạng thực tế đối tượng đơn Loại vẽ phác (ST): Hình dáng hình vẽ phác Hướng vẽ phác (SD): Hướng tạo hình đối tượng từ hình vẽ phác Dạng điều kiện bao (CT): Trên sở đối tượng gia công dạng cắt đề cập đến nghiên cứu trước [49], NCS xây dựng thêm số đối tượng thuộc dạng khối dạng đảo hay dạng khối đảo kết hợp mơ tả Hình 2.7 Vấn đề mấu chốt việc xác định điều kiện bao việc xác định đặc tính đóng hay mở phần tiếp giáp đối tượng xét đối tượng giao với Đặc tính mở đối tượng thông tin quan trọng để xác định hướng tiếp cận dụng cụ (pTAD) Dạng cắt (Cut) Kín khơng thơng Kín thơng Khơng thơng - hở hướng Khơng Không thông Thông hở thông - hở - hở nhiều hướng hướng hướng Thông hở hướng Dạng khối (Boss) Tự theo hướng Tiếp giáp hướng Tiếp giáp hướng Dạng đảo Thấp tự theo hướng Thấp tiếp giáp hướng Thấp tiếp giáp hướng Bằng tự theo hướng Bằng tiếp Bằng tiếp giáp giáp hướng hướng Dạng khối & đảo kết hợp Cao tự Cao tiếp Cao giáp hướng giáp hướng hướng Khối sở Khối sở Hình 2.7 Phân loại dạng điều kiện bao Dạng vát (DT): Một đối tượng không bị vát, vát âm, vát dương hay vát đa cạnh Dạng đảo (IT): Một đối tượng có khơng có đảo Sự xuất đảo làm thay đổi đặc tính gia cơng đối tượng Hướng mở đối tượng (DM): Hướng mở đối tượng có hai dạng hướng khác hướng 11 0.2809 0.3 0.2961 0.2527 0.1784 0.2 0.1 Dao phay ngón liền khối Dao phay ngón chắp cạnh dài Dao phay ngón chắp cạnh ngắn Dao phay đĩa Hình 3.9 Mức độ ưu tiên phương án lựa chọn 3.1.2 Lựa chọn kích thước dụng cụ cắt Cơ sở để lựa chọn đường kính dụng cụ cắt trường hợp khống chế số lượng đường chạy dao nhiên cần hạn chế trường hợp góc ơm tồn dụng cụ cắt Với trường hợp tổng quát để gia công hốc, thông số cần xem xét tới thể Bảng 3.6 Tồn kích thước nêu bảng cần trích xuất q trình nhận dạng đối tượng gia công dạng hốc 2.5D Số lượng dụng cụ cắt gia công hốc tùy thuộc vào tương quan sai khác kích thước tạo hình hốc Xác định DF: Đường kính dụng cụ cắt lần cuối 𝐷𝑠 𝐷𝑏 𝐷𝑖𝑖 𝐷𝑜𝑠 𝐷𝑠𝑖 𝑅𝐹𝑚𝑖𝑛 = {= 𝑀𝑖𝑛(𝑅𝑠 , 𝑅𝑏 , , , , , ) ≠0 𝐷𝐹 = 𝑘𝐹 × 𝑅𝐹𝑚𝑖𝑛 (3.1) (3.2) Xác định DR: Đường kính dụng cụ cắt thô 𝐷𝑠𝑠 𝑀𝑠𝑖 𝐴𝑜𝑠 𝑀𝑠𝑖 𝑅𝑅𝑚𝑖𝑛 = {= 𝑀𝑖𝑛( , , , ) ≠0 𝐷𝑅 = 𝑘𝑅 × (𝑅𝑅𝑚𝑖𝑛 × 𝑎1 + 𝑅𝑅𝑚𝑖𝑛 × 𝑎2 ) × 𝑎0 𝑅𝑅𝑚𝑖𝑛 𝑎𝑜 {= 𝑛ế𝑢 𝑅𝐹𝑚𝑖𝑛 > = 𝑘ℎá𝑐 𝑅𝑅𝑚𝑖𝑛 𝑅𝑅𝑚𝑖𝑛 𝑎1 {= 𝑛ế𝑢 𝑅𝐹𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑣à 𝑅𝐹𝑚𝑖𝑛 > = 𝑘ℎá𝑐 (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) 12 𝑎2 {= 𝑛ế𝑢 𝑅𝐹𝑚𝑖𝑛 < = 𝑘ℎá𝑐 𝑅𝑅𝑚𝑖𝑛 Xác định DSF: Bán kính dụng cụ cắt trung gian (nếu cần) 𝑅𝑅𝑚𝑖𝑛 𝐷𝑆𝐹 = 𝑘𝑆𝐹 × × 𝑎2 (3.7) (3.8) Bảng 3.6 Các loại kích thước hốc STT Kí hiệu Rs Rb Ds Db Dos Dsi Dii Dss Msi 10 11 Aos Am Loại kích thước Bán kính góc lượn nhỏ theo mặt cạnh Bán kính góc lượn nhỏ theo mặt đáy Khoảng vát nhỏ theo mặt cạnh Khoảng vát nhỏ theo mặt đáy Khoảng cách nhỏ mặt hở Khoảng cách nhỏ mặt cạnh hốc mặt cạnh đảo Khoảng cách nhỏ hai đảo Bề rộng nhỏ hốc Khoảng cách lớn mặt hốc mặt cạnh đảo Khoảng cách trung bình mặt hở Góc nhỏ hợp mặt cạnh 3.1.3 Thuật toán lựa chọn dụng cụ cắt Sơ đồ khối mô tả bước lựa chọn dụng cụ cắt mơ tả Hình 3.11 Tồn q trình lựa chọn tiến hành CSDL hệ thống Khi kết thúc vịng lặp mà khơng dụng cụ cắt xác định hệ thống đưa yêu cầu mua dụng cụ cắt thị trường theo kích thước chủng loại ưu tiên 3.1.4 Xác định chế độ cắt 3.2 Lựa chọn máy công cụ 13 Bước 3a: Xây dựng mô hình AHP cho lựa chọn loại dụng cụ cắt BẮT ĐẦU Với đối tượng gia công Bước 3b: Thiết lập luật lựa chọn thứ tự ưu tiên loại dụng cụ sở AHP Bước 1: Xác định sơ phương pháp gia công Bước 3c: Mã hóa liệu đầu vào tùy dạng gia cơng Bước 2: Xác định sơ kích thước dụng cụ cắt Bước 3: Xác định N loại dụng cụ theo thứ tự ưu tiên phương pháp AHP Bước 3d: Duyệt qua luật lựa chọn loại dụng cụ cắt i=0 i = i+1 i>N Đ S S Có họ dụng cụ Đ S Có mác dụng cụ Bước 4: Tìm kiếm họ cán dụng cụ tương ứng Bước 5: Lựa chọn kích thước dụng cụ cắt (Hiệu chỉnh phạm vi) tìm mác dụng cụ Xuất loại dụng cụ thứ tự ưu tiên Dữ liệu họ dụng cụ cán dụng cụ Dữ liệu dụng cụ cắt Đ S Có mác mảnh cắt Bước 6: Lựa chọn mảnh cắt qua luật Dữ liệu mảnh cắt Đ S Có vật liệu mảnh 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 cần) Dữ liệu thơng số chế độ cắt Bước 9: Xác định xác dụng cụ cắt chọn Xác định phương pháp gia cơng xác Luật lựa chọn phương pháp gia công tương ứng với dụng cụ cắt đối tượng gia cơng KẾT THÚC Hình 3.11 Sơ đồ khối lựa chọn dụng cụ cắt Đưa yêu cầu mua dụng cụ cắt 14 3.3 Phương pháp thiết lập thứ tự ngun cơng Khi có nhiều phương án lựa chọn máy, dụng cụ cắt hướng tiếp cận dụng cụ nhiều thứ tự nguyên công thỏa mãn điều kiện ràng buộc thứ tự nhiệm vụ tốn tìm thứ tự ngun cơng sở tối thiểu chi phí gia cơng (Hình 3.15) MO1 MO2 MOi MOn M1, TAD1, T1 M1, TAD3, T4 M4, TAD1, T3 M1, TAD4, T3 MO1 MO2 MOi MOn M2, TAD1, T2 M1, TAD1, T3 M4, TAD3, T3 M4, TAD4, T2 MO1 MOi MO2 MOn M2, TAD1, T2 M4, TAD1, T2 M2, TAD1, T4 M4, TAD4, T2 Chi phí C1 Chi phí C2 Bài tốn tối ưu hóa thứ tự ngun cơng Chi phí MIN MO1 MOi MOn M2, TAD1, T2 M2,TAD1, T2 M4, TAD4, T2 Chi phí Ci Chi phí Cn Hình 3.15 Các phương án thiết lập thứ tự nguyên công 3.3.1 Xây dựng 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 tùy vào đặc điểm giao đối tượng 3.3.2 Tính tốn chi phí gia cơng 3.3.3 Thiết lập thứ tự gia công trường hợp lựa chọn thiết bị cố định 3.3.3.1 Thuật toán thiết lập 3.3.3.2 Kiểm nghiệm thuật toán 3.3.4 Thiết lập thứ tự gia công với trường hợp lựa chọn thiết bị linh hoạt 15 3.3.4.1 Thuật tốn thiết lập Hình 3.16 mơ tả sơ đồ khối để thiết lập thứ tự nguyên công với bước 3.3.4.2 Kiểm nghiệm thuật toán Danh sách bước/nguyên công kèm lựa chọn trang bị công nghệ tương ứng Ma trận ràng buộc thứ tự P ĐẦU VÀO Bước 1: Sắp xếp phương án khả thi bước/NC theo thứ tự ưu tiên MODauTien NI = số vòng lặp NumMO = tổng số bước/NC N = số bước/NC danh sách i = số danh sách phương án thứ tự NC DSThuTuA Bước 2: Lưu bước/NC MODauTien vào danh sách DSThuTuA[i] i=0 Bước 3: Tìm phương án khả thi bước/NC danh sách thứ i Bước 4: Thêm bước/NC vào danh sách DSThuTuA[i] N=N+1 Đ N> NumMO S Bước 5: Tính tốn tổng chi phí gia cơng i = i+1 Bước 6: Đưa thứ tự NC có chi phí gia công nhỏ i > NI S Đ KẾT THÚC Quy trình cơng nghệ có chi phí gia cơng nhỏ ĐẦU RA Hình 3.16 Thuật tốn thiết lập thứ tự ngun cơng Kết so sánh Hình 3.20 cho thấy giá trị lớn nhất, giá trị trung bình giá trị nhỏ qua 10 vịng lặp phương pháp đề xuất nhỏ phương pháp trước Điều thể 16 phương pháp đề xuất khoanh vùng bước/NC hiệu để đưa vào thứ tự ngun cơng, đánh giá lựa chọn phương án thiết lập thứ tự ngun cơng từ quy trình có mức độ ưu tiên cao Thuật tốn chọn lọc ghép nhóm Thuật tốn mơ luyện kim Thuật tốn tìm kiếm Tabu Thuật tốn gen 1500 1458 Chi phí gia cơng 1400 1300 1291 1200 1100 1000 1198 1022 1053.5 1014 1158 1058 1038 1008 900 Giá trị trung bình Giá trị lớn Giá trị nhỏ Hình 3.20 So sánh với thuật toán khác (Thiết bị linh hoạt) Kết luận chương Phương pháp AHP cải tiến cách thêm hai tiêu chí lựa chọn so với phương pháp AHP truyền thống cho phép xếp loại dụng cụ cắt theo thứ tự ưu tiên linh hoạt với nhiều lựa chọn đầu vào Số lượng đường chạy dao mối tương quan kích thước tạo hình sở quan trọng để tính tốn lựa chọn dụng cụ cắt cho phép rút ngắn thời gian tìm kiếm dụng cụ, thích hợp với đa dạng CSDL Việc lựa chọn máy theo thứ tự ưu tiên sở đánh giá không giá thành mà mức độ tải máy Các thủ tục kiểm tra ràng buộc thứ tự xếp thứ tự ưu tiên lựa chọn bước lồng vào thuật tốn ghép nhóm cho phép giảm thời gian xử lý so với phương pháp thiết lập thứ tự nguyên công trước 17 CHƯƠNG - XÂY DỰNG CSDL PHỤC VỤ THIẾT KẾ QTCN 4.1 Thiết kế CSDL 4.1.1 Đặc điểm cấu trúc CSDL thiết kế QTCN Cấu trúc gồm nhóm CSDL bao gồm CSDL lựa chọn ban đầu, CSDL chi tiết gia công, CSDL nhận dạng lựa chọn, CSDL mã hóa Hình 4.1 Sơ đồ mơ tả đường ln chuẩn liệu CSDL 18 4.1.2 Mơ hình quản trị CSDL Hình 4.2 mơ tả dịng ln chuyển liệu mơ hình quản trị CSDL CSDL chi tiết gia cơng CSDL trung tâm Nó CSDL động, ln thay đổi suốt q trình thiết kế 4.2 CSDL lựa chọn ban đầu 4.2.1 CSDL vật liệu gia công 4.2.2 CSDL máy gia công 4.2.3 CSDL dụng cụ cắt 4.3 CSDL chi tiết gia công Với chi tiết gia công đưa vào hệ thống hình thành CSDL với tên gọi tên chi tiết gia công Mỗi nhận dạng lại chi tiết gia cơng tồn liệu CSDL loại bỏ để thay liệu 4.4 CSDL mã hoá 4.5 CSDL luật nhận dạng lựa chọn 4.5.1 Luật nhận dạng đối tượng gia công Luật nhận dạng đối tượng gia công thiết kế theo hai dạng đối tượng dạng vẽ phác dạng thiết lập đặc tính, vị trí 4.5.2 Luật lựa chọn chủng loại dụng cụ cắt 4.5.3 Luật nhận dạng phương pháp gia công Kết luận chương Hệ thống CSDL phục vụ thiết kế QTCN xây dựng có ưu điểm bật sau: Không xây dựng CSDL mô tả thơng tin cịn có CSDL luật nhận dạng lựa chọn Các CSDL thiết kế đảm bảo tính chuẩn hóa có khả liên kết với CSDL khác Các luật nhận dạng thiết lập sở liệu mã hóa Với hệ thống CSDL hồn tồn xây dựng thuật tốn tiến hành xây dựng chương trình máy tính đảm bảo truy xuất xử lý liệu dễ dàng nhanh chóng 19 CHƯƠNG - XÂY DỰNG PHẦM MỀM BKCAPP ĐỂ THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC 5.1 Mơ tả hệ thống BKCAPP Hệ thống có hai mô-đun bản: (1) Nhận dạng đối tượng gia công phát triển phần mềm SolidWorks 2013 ngôn ngữ VB 7.0; (2) Mô-đun thiết kế QTCN tự động phát triển phần mềm Visual C# 2012 CSDL quản lý phần mềm chuyên dụng SQL Server 2012 Đầu vào: Mơ hình vật thể rắn 3D với đầy đủ yêu cầu kỹ thuật Nhận dạng đối tượng gia cơng SolidWorks Hiệu chỉnh tồn CSDL Lưu trữ liệu nhận dạng Microsoft SQL Server Nhập liệu lựa chọn ban đầu vào hệ thống BKCAPP Tương tác, hiệu chỉnh bước trung gian Tự động thiết kế QTCN hệ thống BKCAPP Đầu ra: Phiếu dụng cụ cắt, phiếu dẫn gia công Hiển thị giao diện BKCAPP Lưu trữ CSDL SQL Server Máy NC1 Dụng cụ cắt Hướng gá đặt Chế độ cắt NC2 NCn Thứ tự NC Lưu trữ định dạng file excel Hình 5.1 Sơ đồ mơ tả hệ thống BKCAPP 5.2 Thử nghiệm 5.3 Thử nghiệm 5.3.1 Đặc điểm mơ hình Chi tiết đế gá sản xuất theo đơn đặt hàng CANON công ty xây lắp thiết bị công nghiệp MEKAMIC với dạng sản xuất đơn chiếc, vật liệu S45C, phơi dạng khối/tấm (Hình 5.13) 20 Cut-Extrude1 f4.0 (4) Diameter Hole2 M3 Tapped Hole f4.0 (4) Diameter Hole1 Boss-Extrude1_2 Boss-Extrude1_3 Chamfer2 Boss-Extrude1_1 Chamfer1 f4.0 (4) Diameter Hole1 Boss-Extrude1_4 Hole1 Boss-Extrude1_5 Cut-Extrude2 Boss-Extrude1_0 Đối tượng bị khuất Đối tượng khơng bị khuất Boss-Extrude: Đối tượng tạo hình dạng khối kéo (Khối sở) Cut-Extrude: Đối tượng tạo hình dạng cắt kéo Diameter Hole: Đối tượng tạo hình lỗ Hole: Đối tượng tạo hình lỗ tự tạo Tapped Hole: Đối tượng tạo hình lỗ taro Fillet: Đối tượng tạo hình dạng vê trịn Chamfer: Đối tượng tạo hình dạng vát mép Hình 5.13 Mơ hình vật thể rắn 3D SolidWorks (Thử nghiệm 02) 5.3.2 Kết thiết kế quy trình cơng nghệ QTCN xuất tự động từ hệ thống BKCAPP mơ tả Hình 5.14 5.3.3 Kết gia công từ thực tế Chi tiết gia công theo QTCN thiết lập Công ty Mekamic Hình 5.16 thể số bước gia công MO3 – T01 MO21 – T12 MO17 – T11 Hồn thành Sản phẩm Hình 5.16 Q trình gia cơng sản phẩm hoàn thiện C0 - Bao toàn (dạng cắt) C2 - Bao theo hai hướng (dạng cắt) C3 - Bị bao theo hai hướng (dạng cắt) C5 - Bao theo hướng lẫn (dạng cắt) T0 - Giao mặt chuyển tiếp Đặc điểm giao Độ nhám - Ra, Rz Sai lệch kích thước lỗ - Dim_Diameter Độ không song song - IGTOL-PARA Độ phẳng - IGTOL-FLAT Mặt chuẩn gốc - Datum Nhận dạng yêu cầu kỹ thuật MF01 - Mặt đáy - Boss-Extrude1_0 MF02 - Mặt - Boss-Extrude1_1 MF03 - Mặt cạnh - Boss-Extrude1_2 MF04 - Mặt bên - Boss-Extrude1_3 MF05 - Mặt cạnh - Boss-Extrude1_4 MF06 - Mặt cạnh - Boss-Extrude1_5 MF07 - Hốc hở thông - Cut-Extrude1 MF08 - Rãnh thông - Cut-Extrude2 MF09 - Lỗ khoan - f4 Diameter Hole1 MF10 - Lỗ khoan - M4 Tapped Hole1 MF11 - Lỗ ren - M4 Tapped Hole1 MF12 - Lỗ khoan - M3 Tapped Hole1 MF13 - Lỗ ren - M3 Tapped Hole1 MF14 - Lỗ thông - Hole1 MF15 - Lỗ khoét miệng loe - Hole1 MF16 - Lỗ khoan - f4 Diameter Hole2 MF17 - Vát cạnh - Chamfer1 MF18 - Vát cạnh - Chamfer2 Nhận dạng đối tượng gia công BKCAPP SOLIDWORKS MO2 sau MO1 MO16 sau MO5 MO19 sau MO18 MO23 sau MO03 Ràng buộc thứ tự M09 - MakinoMSA40 Danh sách máy T01 - WEX2050F - ACP300 T02 - GMF86120 - MGHM T03 - WEX2020EL - ACP300 T04 - CES40600A - S220 T05 - CESM20200A - S220 T06 - LIST500-40HSS - HSS T07 - LIST500-33HSS - HSS T08 - TGN-M4-70-GT5 - HSS-E T09 - LIST500-25HSS - HSS T10 - TGN-M3-50-GT5 - HSS-E T11 - LIST500-125HSS - HSS T12 - EHE18040 - EHE-NS Phiếu dụng cụ cắt BKCAPP Mơ hình CAD 3D - SolidWorks (.sldprt) Vật liệu gia công: S45C Phương pháp chế tạo phôi: Dạng Phương pháp xử lý nhiệt: Không Dạng sản xuất: Đơn Thư viện dụng cụ cắt: MEKAMIC Thư viện máy gia công: MEKAMIC Dữ liệu đầu vào MO01 - Phay mặt đầu, thô - (M09, 2, T01) - Boss-Extrude1_0 MO02 - Phay mặt đầu, tinh - (M09, 2, T01) - Boss-Extrude1_0 MO06 - Phay mặt cạnh, thô - (M09, 2, T02) - Boss-Extrude1_4 MO04 - Phay mặt cạnh, thô - (M09, 2, T02) - Boss-Extrude1_2 MO07 - Phay mặt cạnh, thô - (M09, 2, T02) - Boss-Extrude1_5 MO14 - Khoan, tạo lỗ - (M09, 2, T07) - M4 Tapped Hole1 MO15 - Taro - (M09, 2, T08) - M4 Tapped Hole1 MO12 - Phay rãnh, thô - (M09, 3, T03) - Cut-Extrude2 MO05 - Phay mặt đầu, thô - (M09, 3, T09) - Boss-Extrude1_3 MO16 - Khoan, tạo lỗ - (M09, 3, T10) - M3 Tapped Hole1 MO17 - Taro - (M09, 5, T09) - M3 Tapped Hole1 MO03 - Phay mặt đầu, thô - (M09, 5, T01) - Boss-Extrude1_1 MO23 - Khoan, tạo lỗ - (M09, 5, T06) - f4 Diameter Hole2 MO08 - Phay hốc, thô - (M09, 5, T03) - Cut-Extrude1 MO09 - Phay hốc, tinh - (M09, 5, T02) - Cut-Extrude1 MO10 - Phay phần thừa, góc cạnh - (M09, 5, T04) - Cut-Extrude1 MO11 - Phay phần thừa, góc cạnh - (M09, 5, T05) - Cut-Extrude1 MO13 - Khoan, tạo lỗ - (M09, 5, T06) - Ø4.0 (4) Diameter Hole1 MO18 - Khoan, tạo lỗ - (M09, 5, T06) - Hole1 MO19 - Khoan, mở rộng lỗ - (M09, 5, T11) - Hole1 MO20 - Phay hốc tròn, mở rộng lỗ - (M09, 5, T02) - Hole1 MO21 - Phay hốc tròn, tinh - (M09, 5, T02) - Hole1 MO22 - Phay vát cạnh, thô - (M09, 5, T12) - Hole1 MO23 - Phay vát cạnh, thô - (M09, 5, T12) - Chamfer1 MO24 - Phay vát cạnh, thô - (M09, 5, T12) - Chamfer2 Phiếu công nghệ dẫn gia công - Kèm thơng số chế độ cắt BKCAPP 21 Hình 5.14 Dữ liệu đầu vào, đầu trình thiết lập QTCN (Thử nghiệm 02) 5.3.4 Đánh giá kết Chi tiết gia công đo kiểm đạt yêu cầu kỹ thuật Hệ thống BKCAPP áp dụng để gia công chi tiết cho phép giảm thời gian chuẩn bị sản xuất lên tới 10 lần, thời gian gá đặt giảm 30%, thời gian gia công giảm 15% (Bảng 5.1, Bảng 5.2) 22 Bảng 5.1 So sánh thời gian chuẩn bị sản xuất hai PP Bảng 5.2 Thời gian gia công gá đặt hai PA thiết kế QTCN 5.4 5.5 Thử nghiệm Các thử nghiệm khác Kết luận chương Với liệu đầu vào mơ hình CAD 3D với đầy đủ u cầu kỹ thuật đầu phiếu công nghệ dẫn gia công, giao diện CAD/CAPP (BKCAPP) cho phép giảm thời gian chuẩn bị sản xuất tới 10 lần thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết gia công máy phay/khoan 3D 23 Hệ thống BKCAPP xây dựng hệ thống khả sinh cho phép tăng cường khả tương tác Hệ thống BKCAPP xây dựng độc lập với CSDL nên cho phép thay đổi linh hoạt với CSDL khác cụ thể nhà máy sản xuất Thuật toán lựa chọn dụng cụ cắt áp dụng vào hệ thống BKCAPP đảm bảo thời gian xử lý nhanh với CSDL lớn Thực nghiệm ứng dụng hệ thống BKCAPP mở hướng ứng dụng hiệu lĩnh vực gia cơng khí đề tài KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu luận án rút kết luận sau: Những điểm nghiên cứu luận án Đã xây dựng phương pháp nhận dạng đối tượng gia công cho phép mở rộng phạm vi nhận dạng sang nhiều loại đối tượng gia công trực tiếp từ mô hình vật thể rắn 3D phần mềm CAD thương mại Phương pháp phân tích thứ bậc AHP phát triển mức cao cách xây dựng thêm hai tiêu chí lựa chọn cho phép lựa chọn loại dụng cụ cắt nhằm thỏa mãn đa tiêu chí, phù hợp thay đổi linh hoạt liệu đầu vào Phương pháp ghép nhóm tích hợp thêm thủ tục sàng lọc phương án trước ghép nhóm nên đảm bảo rút ngắn thời gian xử lý, cho phép thiết lập thứ tự gia công với mục tiêu tối ưu hóa chi phí gia cơng đảm bảo ràng buộc thứ tự Đã thiết kế hệ CSDL trợ giúp cho việc quản lý hệ thống liệu thiết kế QTCN, từ đảm bảo hệ thống cập nhật dễ dàng độc lập với chương trình máy tính, tăng khả tương tác với người sử dụng Đã xây dựng số luật nhận dạng lựa chọn trợ giúp việc định thiết kế QTCN, góp phần hướng tới xây dựng hệ thống thiết kế QTCN tự động toàn diện 24 Tính khoa học hiệu nghiên cứu kiểm chứng thông qua hệ thống BKCAPP, giao diện CAD/CAPP với thời gian xử lý nhanh với khối lượng CSDL lớn Hệ thống BKCAPP có độ tin cậy tính ứng dụng mơi trường sản xuất thực tiễn, mẫu thử nghiệm thực tế cho phép giảm thời gian chuẩn bị sản xuất lên tới 10 lần, giảm thời gian gá đặt tới 30%, thời gian gia công giảm 15% Ý nghĩa thực tiễn luận án: Thiết lập nhanh chóng phiếu cơng nghệ dẫn gia công cách tự động, trực tiếp từ mô hình vật thể rắn 3D sở liệu đa dạng nhà máy Có ý nghĩa lớn gia công chi tiết cụm máy thiết kế 3D Làm sở để phát triển dịng tích hợp CAD/CAPP/CAM CNC Được sử dụng để hỗ trợ đào tạo thực tế sản xuất Kiến nghị Kết luận án trợ giúp số khâu thiết lập QTCN máy CNC nhờ máy tính Tuy nhiên, luận án tồn số vấn đề cần phát triển nghiên cứu Vấn đề lựa chọn phôi kích thước phơi cần nghiên cứu cụ thể phép tự động hình thành kích thước phôi sở chi tiết gia công Cần mở rộng nhận dạng đối tượng gia công 2.5D 3D sang đối tượng nhiều trục mức chi tiết cụ thể Cần phát triển thêm mô-đun tích hợp với phần mềm CAM để tạo dịng tích hợp CAD/CAPP/CAM Bước phát triển hình thành phương án gá đặt chi tiết sở hướng gá đặt sơ thiết lập để đưa ràng buộc QTCN phù hợp DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Phung Xuan Lan, Hoang Vinh Sinh (2014) An improved method of automatic machining feature recognition from 3D solid model Tạp chí khoa học & công nghệ trường đại học kỹ thuật (Số 100) Phung Xuan Lan, Hoang Vinh Sinh (2015) Automatic Recognition of Multi-axis Machining Features based on Machining Process from 3D Solid Model 6th International Conference on Mechanical, Industrial and Manufacturing Techonologies (MIMT2015), published in Applied Mechanics and Materials Journal Vol 789-790 Phung Xuan Lan, Hoang Vinh Sinh, Truong Hoanh Son (2015) An expert system based on analytical hierarchy process for automatic cutting tool selection Tạp chí khoa học & cơng nghệ trường đại học kỹ thuật (Số 108) Phùng Xuân Lan, Hoàng Vĩnh Sinh, Trương Hoành Sơn, Trần Văn Địch (2015) Nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động nhận dạng phương pháp gia cơng từ mơ hình vật thể rắn 3D Hội nghị khoa học công nghệ tồn quốc khí lần thứ IV, 10/2015, TP.HCM Phùng Xuân Lan, Hoàng Vĩnh Sinh, Trần Văn Địch (2016) Xây dựng phương pháp thiết lập thứ tự gia công thiết kế QTCN linh hoạt Hội nghị KH & CN tồn quốc khí - động lực lần thứ V, 10/2016 Bùi Ngọc Tâm, Phùng Xuân Lan (2016) Sử dụng giải thuật tối ưu để dạy học (training) mạng Nơ-ron ứng dụng để lựa chọn dụng cụ cắt máy phay CNC Hội nghị KH & CN tồn quốc khí - động lực lần thứ V 10/2016 Lan Xuan Phung, Dich Van Tran, Sinh Vinh Hoang, Son Hoanh Truong (2017) Effective method of operation sequencing in CAPP based on clustering algorithm Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing Vol 11, No (SCIE) ... dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết máy phay CNC? ??’ Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu cuối đề tài xây dựng hệ thống trợ giúp thiết lập quy trình cơng nghệ gia. .. pháp nghiên cứu luận án ? ?Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết máy phay CNC? ?? CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG GIA CÔNG 2.1 Sơ đồ thực Xuất... 10 lần thiết kế quy trình cơng nghệ gia công chi tiết gia công máy phay/ khoan 3D 23 Hệ thống BKCAPP xây dựng hệ thống khả sinh cho phép tăng cường khả tương tác Hệ thống BKCAPP xây dựng độc lập