Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

 PHẠM THỊ THU TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY BẰNG DAO PHAY
NGÓN HỢP KIM CỨNG - ỨNG DỤNG PHAY THÔ LÕNG
KHUÔN ÉP NHỰA Y8A
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY



- 2 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, làm luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp
đỡ, chỉ bảo của các thầy cô giáo đã giảng dạy, hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành
tốt chương trình học cao học và hoàn thiện được luận văn này.
Trước hết tôi xin được chân thành cảm ơn với các thầy cô giáo giảng viên
trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái nguyên đã giảng dạy, giúp đỡ, chỉ
bảo tận tình, giúp tôi có được nhiều kiến thức rất mới và bổ ích, nâng cao trình
độ, năng lực học tập và sáng tạo.
Tôi xin cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Phú Hoa, Đại học
Thái Nguyên, đã định hướng đề tài, hướng dẫn tận tình tôi trong việc tiếp cận
và khai thác tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm
luận văn.
Tôi xin cảm ơn Ban Giám đốc, các cán bộ nhân viên phòng Kỹ thuật
Công ty Cơ khí Cường Phát, Hà Nội về sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho

1.1.1. Các vấn đề chung 11
1.1.2. Hàm mục tiêu- chỉ tiêu tối ưu 15
1.1.3. Giới hạn và hệ ràng buộc 15
1.1.4. Các phương pháp tối ưu chế độ cắt 17
1.1.5. Phương pháp tối ưu chế độ cắt theo đường biên khả dĩ 17
1.2. Tối ưu hóa quá trình cắt khi phay và tối ưu hóa chế độ cắt khi phay 23
1.2.1. Mô hình hoá quá trình cắt khi phay 23
1.2.2. Xác định thời gian gia công cơ bản của máy khi phay 26
1.2.3. Hàm chi phí gia công K khi phay 27
1.2.4. Chế độ cắt tối ưu khi phay 28
- 4 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
1.2.5. Chế độ cắt khi phay bằng dao phay ngón 29
1.2.6. Phương hướng tối ưu chế độ cắt khi phay trên máy phay CNC 33
Chương II - Xác định chế độ cắt tối ưu khi phay thô lòng khuôn ép trên máy
CNC DM - 55V 36
2.1. Giới thiệu về máy CNC DM - 55V và khuôn ép khay nhựa 36
2.1.1. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy CNC DM - 55V và khuôn ép 36
2.1.2. Quá trình tạo một chương trình gia công trên máy CNC DM-55V 39
2.2. Xây dựng bài toán tối ưu chế độ cắt khi phay thô lòng khuôn 43
2.2.1. Xây dựng hàm mục tiêu 48
2.2.2. Xây dựng hệ ràng buộc 49
2.2.3. Thuật toán tối ưu chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa 53
2.3. Kết quả giải bài toán lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay thô
lòng khuôn ép nhựa 54
Chương III: Kết quả thực nghiệm phay khuôn với chế độ cắt tối ưu 71
3.1 - Các bước cập nhật thông số chế độ cắt 71
3.2 - Đánh giá hiệu quả của chế độ cắt tối ưu 75
3.3 - Kết luận và kiến nghị 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

S
ph
Lượng chạy dao phút
mm/phút
V
Tốc độ cắt
m/phút
h
Chiều sâu rãnh cắt
Mm
m

Thời gian gia công cơ bản
Phút
n
dao

Tốc độ quay của đầu dao phay
V/phút
B
Chiều rộng phay
Mm
Pz
Lực cắt tiếp tuyến của đầu dao phay
KG
N
Công suất cắt của đầu dao phay
KW
[Nc]
Công suất cắt cho phép của đầu dao phay

Mô hình hóa quá trình phay
26
4
Hình 1.4
Dao phay ngón chuôi côn, chuôi trụ
31
5
Hình 1.5
Lưỡi cắt của dao phay ngón
31
6
Hình 1.6
Sơ đồ cắt khi gia công lòng khuôn ép nhựa trên máy
phay CNC
32
7
Hình 2.1
Máy phay CNC DM - 55V
36
8
Bảng 2.2
Bảng thông số kỹ thuật của máy CNC DM -55V
36
9
Hình 2.3
Sơ đồ hệ thống truyền động máy
37
10
Hình 2.4
Bản vẽ lắp và bản vẽ hai nửa khuôn ép khay nhựa

17
Hình 2.11
Bản vẽ chi tiết khuôn
55
18
Hình 2.12
Sơ đồ lượng dư gia công khi gia công lòng khuôn
phần khảo sát ở bước gia công thô
56
19
Hình 2.13
Mặt phẳng lưới S-V
57
20
Bảng 2.14
Kết quả tổng hợp giá trị Ni tương ứng với các giá trị
Si,Vi
68
21
Hình 2.15
Quá trình xác định tập các điểm khả dĩ V
1
.S
1

69
22
Bảng 2.16
Các giá trị (V
i

29
Hình 3.7
Ép thử trên máy ép nhựa FANUC SE100
74
29
Hình 3.8
Chi tiết khay nhựa
74
30
Bảng 3.9
Kết quả tính thời gian gia công cơ bản khi gia công
với S, V tối ưu
76
31
Bảng 3.10
Kết quả tính thời gian gia công cơ bản khi gia công
với S,V hiện tại
76 - 8 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp khuôn
mẫu đóng vai trò rất to lớn trong nhiều lĩnh vực: Dược phẩm, thực phẩm, ngành
nhựa [1],[2],[5]. Việc nâng cao năng suất chất lượng khi chế tạo khuôn là rất
cần thiết. Để nâng cao năng suất, chất lượng trong chế tạo khuôn ép, cần phải
sử dụng các máy móc, trang thiết bị công nghệ hiện đại, tiên tiến, nhất là các
máy công cụ điều khiển số CNC. Các máy móc, trang thiết bị hiện đại rất đắt

khuôn.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Đề tài giúp cho việc xác định chế độ cắt khi phay để phay thô lòng khuôn
ép nhựa Y8A trên máy phay DM-55V bằng dao phay ngón hợp kim cứng tại
công ty cơ khí Cường Phát được hợp lý hơn, nâng cao hiệu quả khai thác và sử
dụng máy.
Đạt được năng suất cao mà vẫn đảm bảo được độ chính xác yêu cầu khi
gia công phay thô lòng khuôn ép nhựa Y8A trên máy phay DM-55V bằng dao
phay ngón hợp kim cứng nhằm giảm thời gian, chi phí gia công khuôn, đem lại
hiệu quả kinh tế thực tiễn cho nhà máy.

3. Mục đích, đối tƣợng, phƣơng pháp, nội dung nghiên cứu.
3.1. Mục đích nghiên cứu:
Mục đích của đề tài này là xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế
độ cắt khi phay bằng dao phay ngón hợp kim cứng. Ứng dụng cụ thể
để gia công phay thô lòng khuôn ép nhựa Y8A trên máy phay DM – 55V bằng
dao phay ngón hợp kim cứng.
Xác định, lựa chọn được các thông số chế độ cắt tối ưu(S,V) ở các bước
gia công thô khi gia công phần lòng khuôn khảo sát, đem lại hiệu quả tổng thể
là thời gian gia công cơ bản máy, giảm thời gian gia công khuôn ít nhất là 10%
và giải quyết được bài toán năng suất chế tạo khuôn.

- 10 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
3.2. Đối tƣợng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là các thông số công nghệ
của phương pháp gia công phay bằng dao phay ngón hợp kim cứng, cụ
thể là 2 thông số: vận tốc cắt và lượng chạy dao.

3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỐI ƢU CHẾ ĐỘ CẮT
KHI PHAY VÀ PHAY BẰNG DAO PHAY NGÓN

1.1. Lý thuyết chung về tối ƣu hóa chế độ cắt
1.1.1. Các vấn đề chung
Hiện nay, trên thế giới cũng như ở nước ta, với tốc độ công nghiệp hóa
phát triển như vũ bão, quá trình sản xuất cơ khí nói chung và quá trình gia công
cắt gọt nói riêng đều ứng dụng rất nhiều các tiến bộ về kỹ thuật. Trong quá trình
gia công cắt gọt đã không ngừng đổi mới và ứng dụng các tiến bộ về các thiết bị
gia công mới, phương pháp gia công mới, vật liệu gia công mới, vật liệu dụng
cụ mới và công nghệ bôi trơn tối thiểu. Trước tình hình đó, để đáp ứng và phát
huy tối đa hiệu quả của các tiến bộ kỹ thuật đó thì trong gia công cắt gọt phải áp
dụng bài toán tối ưu hóa mà cụ thể là tối ưu hóa chế độ cắt. Do đó, tối ưu hóa
chế độ cắt trong gia công cắt gọt là tất yếu và khách quan.
Tối ưu hóa chế độ cắt được thực hiện bằng 2 hình thức sau:
- Tối ưu hóa tĩnh: Là phương pháp xác định các thông số chế độ cắt tối
ưu trước khi quá trình cắt gọt diễn ra, thông qua việc xây dựng các mối quan hệ
toán học giữa mục tiêu tối ưu với hệ thống giới hạn và các mặt kỹ thuật, chất
lượng, tổ chức nhà máy.
Tối ưu hóa trước quá trình cắt gọt dựa trên mô hình tĩnh của quá trình cắt.
Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là không chú ý tới động lực học của
quá trình, nghĩa là không chú ý tới những đặc điểm mang tính ngẫu nhiên và
thay đổi theo thời gian. Điều này có thể khắc phục phần nào khi có sự điều
chỉnh lại trong thực tế.
- Tối ưu hóa động: Là tối ưu hóa trong quá trình cắt gọt. Dựa trên mô
hình động của quá trình cắt gọt, do đó có xét tới các đặc điểm mang tính ngẫu
nhiên và thay đổi theo thời gian. Tối ưu hóa động thì các thông số chế độ cắt
- 12 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
được điều chỉnh tự động ngay cả trong quá trình cắt. So với tối ưu hóa tĩnh thì

- Tỷ lệ giữa chi phí gia công và thời gian gia công → thấp nhất.
- Số lượng sản phẩm cho một đơn vị thời gian → Cao nhất.
- Tiền lãi → Cao nhất.
- Độ chính xác đạt được → Cao nhất.
- Độ bóng bề mặt đạt được → Cao nhất.
Trong các chỉ tiêu trên thì chỉ tiêu về chi phí gia công thấp nhất có vai trò
quan trọng. Bởi xét đến cùng thì giá thành chế tạo thấp nhất trên cơ sở đảm bảo
chất lượng, và các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công sẽ quyết định tính cạnh
tranh của sản phẩm trong cơ chế kinh tế thị trường.
Tối ưu hóa chế độ cắt về thực chất là tìm giá trị các thông số của chế độ
cắt (S,V,t) trên cơ sở đạt được mục tiêu tối ưu cực trị thỏa mãn các hệ ràng
buộc về kinh tế - kỹ thuật khi gia công cắt gọt.
Muốn tối ưu hóa chế độ cắt gọt, cần phải dựa vào các mối quan hệ kinh
tế kỹ thuật được thiết lập dựa trên bản chất vật lý của qúa trình cắt, và đặc trưng
của từng bước, từng nguyên công cắt gọt.
Các mô hình toán học mô tả quan hệ giữa lực cắt, tuổi bền dụng cụ với
các thông số công nghệ cần tối ưu là cơ sở thực hiện tối ưu hóa quá trình cắt
gọt.
Cơ sở kinh tế - kỹ thuật có ý nghĩa quan trọng khi tối ưu hóa quá trình cắt
gọt. Vì trong sản xuất cơ khí nói chung, quá trình cắt gọt nói riêng đều phải đạt
được hiệu quả kinh tế, nhất là trong cơ chế thị trường. Cơ sở kinh tế - kỹ thuật
quyết định tối ưu hóa cái gì và tối ưu hóa như thế nào?
Để xây dựng bài toán tối ưu chế độ cắt, phải giải quyết các vấn đề sau:
- Xuất phát từ chỉ tiêu tối ưu, ta xây dựng hàm mục tiêu, để từ đó xác
định các giá trị cực trị của bài toán.
- 14 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
- Xuất phát từ các điều kiện gia công, ta xây dựng các hàm giới hạn để
lập miền xác định của các hàm mục tiêu, tức là miền chứa điểm mà hàm mục
tiêu đạt cực trị, còn gọi là điều kiện biên.


1.1.2. Hàm mục tiêu- chỉ tiêu tối ƣu
Y = F(x
i
) (1.1)
Trong đó :
Y : Là chỉ tiêu tối ưu( Các đại lượng ra)
x
i
: Các thông số cần tối ưu( Các đại lượng vào)
Giới hạn về nghiên cứu:
Các đại lượng vào: Bộ thông số chế độ cắt S,V, t.
Các đại lượng ra (mục tiêu tối ưu), các chỉ tiêu về kinh tế như:
+ Năng suất → max ( Hay thời gian gia công là nhỏ nhất)
+ Giá thành → min.
+ Lợi nhuận → max.
Các chỉ tiêu về kỹ thuật như: Độ chính xác, chất lượng bề mặt,.v.v.
Khi xây dựng các hàm mục tiêu và ràng buộc cần chú ý các điểm sau:
- Các hàm đó phải phù hợp với phương pháp gia công cắt gọt cụ thể mà
ta nghiên cứu.
- Các hàm đó phải đơn giản, thuận cho việc giải bài toán tối ưu trên máy
tính.

1.1.3. Giới hạn và hệ ràng buộc
Điều kiện biên tạo ra quan hệ giữa điều kiện gia công và các thông số
công nghệ tối ưu. Các điều kiện biên còn gọi là các giới hạn, từ đó ta xác định
miền của các thông số công nghệ.
Các điều kiện biên được xây dựng từ các giới hạn kỹ thuật của phương
tiện gia công và điều kiện gia công như:


cần tối ưu và phương thức khảo sát.
- 17 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
1.1.4. Các phƣơng pháp tối ƣu
Để xác định chế độ cắt tối ưu của các phương pháp gia công ta
có nhiều phương pháp tối ưu như:
- Phương pháp quy hoạch tuyến tính, phi tuyến.
- Phương pháp quy hoạch rời rạc
- Phương pháp quy hoạch đa mục tiêu
- Phương pháp đường biên khả dĩ
- Phương pháp GRAPH, phương pháp thực nghiệm,
Hàm mục tiêu và hệ phương trình ràng buộc phụ thuộc vào phương
pháp gia công khác nhau và điều kiện gia công (máy, dụng cụ cắt,…)
Trong các phương pháp trên, để giải bài toán tối ưu tìm ra bộ giá trị
các thông số tối ưu tác giả chọn phương pháp tối ưu chế độ cắt theo đường
biên khả dĩ.

1.1.5. Phƣơng pháp tối ƣu chế độ cắt theo đƣờng biên khả dĩ:
Phương pháp tối ưu này được bắt nguồn từ mục tiêu tối ưu cần đạt là chi
phí gia công là nhỏ nhất hoặc thời gian gia công là nhanh nhất. Vì vậy mà chiều
sâu cắt, lượng chạy dao và vận tốc cắt của mỗi lần chạy dao phải được tối ưu
hóa trên cơ sở là tăng chiều sâu cắt, lượng chạy dao trong điều kiện công suất
máy, dụng cụ cắt và trình độ công nhân có thể cho phép đảm bảo được.
Ta hãy xét trường hợp tối ưu chế độ cắt của phương pháp tiện. Do
phương pháp tiện là phương pháp gia công cơ bản, nhiều quá trình nghiên
cứu về phương pháp cắt gọt cũng bắt đầu từ việc nghiên cứu đối với
phương pháp tiện trên cơ sở đó mà phát triển nghiên cứu các phương pháp

0
K
(1+
)
100
R
+
]
60
M
K
+{
}]
60
)
100
1([)
100
1(.
)1(
)(
td khtd
tdtd
md
mdmd
KR
Kt
R
Kt
n

md
;
t
td
- Thời gian thay dao và điều chỉnh máy (phút);
K
td
- Lương công nhân thay dao, điều chỉnh máy (đồng/giờ);
R
td
- Tỷ lệ % chi phí phụ khi thay dao tính theo K
td
;
P
kh
- Khấu hao thiết bị ứng với thời gian thay dao và điều chỉnh máy
(đồng/giờ).
Thời gian gia công một lần chuyển dao khi tiện được tính như sau:
T
m
= t
2
+ t
3
(
T
t
2
) +
T

t
- Các hệ số nói lên ảnh hưởng vận tốc cắt, chiều sâu cắt lượng
chạy dao tới tuổi bền dụng cụ cắt.
t, S, V- Chiều sâu cắt lượng chạy dao và vận tốc cắt.
Khi cho giá trị t và S ta nhận được giá trị vận tốc cắt tối ưu là
V
opt
= [
dtct
opt
m
StT
A

] (1.48)
m
opt
T
=
dtct
opt
StV
ATừ các công thức biến đổi này ta thấy T
opt
tối ưu khi tích (S,V) là max, và
cho phép ta xây dựng phương pháp tính toán tối ưu các thông số chế độ cắt khi
tiện thô như sau:

opt
được bắt đầu từ điểm O và các bước sau:
1. Điểm lưới (S
i
, t
j
) là điểm có toạ độ (Smin, tmax) sẽ được kiểm tra với
các ràng buộc về công suất cắt cho phép, nếu nó không khả dĩ như điểm 1 ở
hình 1.2 thì chiều sâu cắt sẽ giảm xuống điểm 2 và lại được kiểm tra với các
ràng buộc.
2. Nếu là điểm khả dĩ thì ta tiép tục tăng lượng chạy dao S theo bước
nhảy của lưới và tiếp tục kiểm tra đièu kiẹn dàng buộc. Những điểm khả dĩ đó
dùng để xác định t
opt
và S
opt
ở công thức (1.53) sẽ đảm bảo chi phí gia công nhỏ
nhất hoặc năng suất gia công lớn nhất.
3. Giá trị chiều sâu cắt tối ưu tính ở bước 2 được kiểm tra với các ràng
buộc về vận tốc cắt. Nếu có thỏa mãn khả dĩ thì đó là vận tốc cắt tối ưu. Nếu
không thì điểm lưới đó sẽ trở thành không khả dĩ. - 22 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
- 23 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

1.2. Tối ƣu hóa quá trình cắt khi phay và tối ƣu hóa chế độ cắt khi
phay
1.2.1. Mô hình hoá quá trình cắt khi phay
Phay là một phương pháp gia công cắt gọt kim loại. Đó là quá trình cắt đi
một lớp kim loại (hay còn gọi là lượng dư gia công để tạo thành phoi) trên bề
mặt của phôi để được chi tiết có hình dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng
theo yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ. Quá trình đó được thực hiện trên các máy
phay (gọi chung là máy công cụ hay máy cắt kim loại) bằng các loại dao phay,
mũi khoan…gọi chung là dụng cụ gia công cắt gọt[7].
Phay là phương pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn
cấp 3-4 và độ bóng không hơn cấp 6, là một trong những phương pháp gia công
đạt năng suất cao nhất. Bằng phương pháp phay người ta có thể gia công mặt
phẳng, định hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt tròn xoay, trục then
hoa, cắt ren, bánh răng…
Phay có thể dùng để gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ
bóng, độ chính xác cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoá, cho năng suất cao, dùng
trong sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối. Số lượng nguyên
công gia công cắt gọt đạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khí thì nguyên
công phay cũng chiếm một tỷ lệ lớn. Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ
lớn và giữ một vị trí quan trọng trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí[7]. * Các chuyển động cơ bản khi phay
Chuyển động cơ bản là các chuyển động để thực hiện quá trình cắt gọt,
hình thành các bề mặt chi tiết gia công, bao gồm[7]:
- 24 -
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

*Tốc độ cắt[7]: Dấu (+) ứng với trường hợp phay nghịch, dấu (-) ứng với trường hợp
phay thuận. Trong đó:
V
n
=π.D.n/1000 (m/phút)
Thực tế giá trị V
s
rất nhỏ so với V
n
khi tính toán chế độ cắt người ta
thường bỏ qua lượng V
s
, khi đó công thức trên có dạng:
V
c
= V
n
=π.D.n/1000 (m/phút)