Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

TỐI ƢU CHẾ ĐỘ CẮT KHI GIA CÔNG RÃNH VẰN
TRỤC CÁN GANG CẦU HỢP KIM SẢN PHẨM D18
TRÊN MÁY PHAY CNC XK9350 FA
ĐỂ THỜI GIAN GIA CÔNG NHỎ NHẤT NGUYỄN TRƢỜNG THỌ
Thái Nguyên, 2010
HƢỚNG DẪN KH

PGS.TS. Nguyễn Phú Hoa
HỌC VIÊN

Nguyễn Trƣờng Thọ
KHOA ĐÀO TẠO SĐH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 2 -
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin đƣợc cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Phú Hoa, Phó Viện
trƣởng Viện Nghiên cứu phát triển Công nghệ cao về Kỹ thuật Công nghiệp,
Đại học Thái Nguyên, thầy hƣớng dẫn và định hƣớng đề tài, sự hƣớng dẫn tận
tình của thầy trong việc tiếp cận và khai thác tài liệu tham khảo cũng nhƣ
những chỉ bảo trong quá trình tôi làm luận văn.
Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô giáo Khoa sau đại học
Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình
học và viết Luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các đồng chí Lãnh đạo nhà máy, phòng Kỹ thuật
Cơ điện Chi nhánh Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên - Nhà máy Cán
thép Lƣu Xá đã ủng hộ về tinh thần và tạo điều kiện cho tôi về thời gian để tôi
có thể hoàn thành bản luận văn của mình.
Tôi xin cảm ơn Ban quản đốc Phân xƣởng Cơ điện, đồng chí Phạm Xuân
Huy - Tổ trƣởng phòng máy Tiện CNC Nhà máy Cán thép Lƣu Xá về sự tạo
điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi đƣợc tiến hành thí nghiệm tại thiết bị thuộc

11
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
11
Chƣơng 1:
MÁY CNC XK9350FA VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG RÃNH
VẰN
TRỤC CÁN GANG CẦU HỢP KIM SẢN PHẨM D18
12
1.1. Tổng quan máy CNC XK9350FA.
12
1.1.1. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy CNC XK9350FA.
12
1.1.2. Các trục toạ độ và phƣơng chiều chuyển động.
14
1.2. Công nghệ gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản
phẩm
D18 hiện nay trên máy phay CNC XK9350FA.
15
1.2.1. Các chuyển động khi gia công rãnh vằn
15
1.2.2. Cách khởi động hệ thống CNC và chƣơng trình gia công
rãnh vằn.
15
1.2.3. Cách lắp, tháo và điều chỉnh chuyển chế độ gia công chi
tiết
23

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 4 -

XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƢU CHẾ ĐỘ CẮT KHI
GIA CÔNG RÃNH VẰN TRỤC CÁN TRÊN MÁY PHAY CNC
XK9350FA
49
3.1. Xây dựng bài toán tối ƣu hoá chế độ cắt gia công rãnh vằn trục
cán trên máy phay CNC XK9350FA.
49
3.1.1. Xây dựng hàm mục tiêu
50
3.1.2. Xây dựng hệ ràng buộc
51
3.1.3. Thuật toán tối ƣu chế độ cắt khi phay rãnh vằn
55
3.2. Ứng dụng tối ƣu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang
56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 5 -
cầu Hợp kim sản phẩm D18
3.2.1 Tối ƣu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu
Hợp kim sản phẩm D18 ở bƣớc gia công thô.
58
3.2.2. Tối ƣu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu
Hợp kim sản phẩm D18 ở bƣớc gia công bán tinh.
71
3.2.3. Tối ƣu chế độ cắt khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu
Hợp kim sản phẩm D18 ở bƣớc gia công tinh.
84
3.2.4. Hiệu chỉnh các giá trị thông số chế độ cắt.

- 6 -
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH

Ký hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị
Z
Lƣợng dƣ gia công
mm
t
Chiều sâu cắt
mm
V
Tốc độ cắt
m/phút
h
Chiều sâu rãnh gai vằn trục cán
mm

mThời gian máy gia công
phút
n
dao
Tốc độ quay của đầu dao phay
V/phút
b
Chiều rộng rãnh cắt do dao tạo thành
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 7 -
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT
Bảng
số
Nội dung
Trang
1
1.1
Dụng cụ và các phụ kiện cho máy gia công
28
2
3.1
Các giá trị (t
1
, V


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 8 -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT
Hình
số
Nội dung
Trang
1
1.1
Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA
13
2
1.2
Sản phẩm rãnh vằn trục cán D18
13
3
1.3
Các trục toạ độ và phƣơng chiều chuyển động
14
4
1.4
Sơ đồ gia công rãnh vằn và khắc chữ
14
5
1.5
Nguyên lý cắt rãnh vằn
15

13
1.13
Kiểu gia công đứng (gia công rãnh vằn)
25
14
1.14
Kiểu gia công ngang (gia công khắc chữ)
25
15
1.15
Gia công rãnh rãnh vằn
26
16
1.16
Toạ độ chi tiết khi gia công rãnh vằn
26
17
2.1
Miền các giá trị t - S
43
18
2.2
Quá trình xác định điểm t
opt
, S
opt

44
19
2.3

57
25
3.5
Sơ đồ lƣợng dƣ gia công khi gia công một gai vằn
ở bƣớc gia công thô.
58
26
3.6
Mặt phẳng lƣới t
1
- V
1

59
27
3.7
Quá trình xác định tập các điểm khả dĩ t
1,
V
1

69
28
3.8
Sơ đồ lƣợng dƣ gia công khi gia công một gai vằn
ở bƣớc gia công bán tinh.
71
29
3.9
Mặt phẳng lƣới t

Nhập thông số gia công rãnh vằn ở bƣớc gia công
tinh
89
35
4.4
Màn hình chính khi khởi động chƣơng trình gia
công
90

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 10 -
Power Automation CNC (PA8000)
36
4.5
Lựa chọn file chạy P9002010
91
37
4.6
Màn hình hiển thị sau khi thực hiện các thao tác
91
38
4.7
Hình ảnh quá trình gia công
92
39
4.8
Rãnh trục cán 334 trƣớc khi gia công
92
40

1. Tính cấp thiết của đề tài
Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA [1] nhà máy cán thép Lƣu
Xá, Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên sử dụng để gia công rãnh vằn trục
cán, khắc chữ và tạo lôgô các sản phẩm từ D6 đến D50 [2].
Qua quá trình sử dụng Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA tại Nhà
máy Cán thép Lƣu Xá còn gặp nhiều hạn chế, cụ thể khi gia công rãnh vằn cho trục
cán làm bằng vật liệu Gang cầu Hợp kim [3] của sản phẩm thép cán thanh vằn D18
(R=8,4mm; Đƣờng kính trục cán D = 334mm; L
Lv
= 700mm x 20 rãnh x 84 gai vằn;
Chiều sâu gai: h= 1,2mm; Góc nghiêng: 35
o
):
- Năng suất gia công thấp: Bình quân 1 ca (8 giờ) gia công đƣợc: (67) rãnh.
- Tiêu hao dao cắt và thời gian mài sửa lại mất nhiều thời gian: Bình quân 1 ca
(8 giờ) từ 2 đến 3 lần mài sửa lại dao (mỗi lần tháo mài sửa dao và lắp lại
bình quân 1015 phút).
- Chƣa xác định đƣợc chính xác bộ thông số chế độ cắt tối ƣu (không cho kèm
theo lý lịch máy): Chiều sâu cắt t, vận tốc cắt V.
Vấn đề đặt ra: Hiện nay chƣa có nghiên cứu nào về tối ƣu chế độ cắt để khắc
phục những hạn chế kể trên. Vấn đề đặt ra là: Tối ƣu chế độ cắt khi gia công rãnh
vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩm D18 trên máy CNC XK9350FA tại Nhà
máy Cán thép Lƣu Xá để đảm bảo thời gian gia công nhỏ nhất (
m
min).
2. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đánh giá ảnh hƣởng của chế độ cắt đến thời
gian gia công khi gia công rãnh vằn trục cán Gang cầu Hợp kim sản phẩm D18 trên
máy CNC XK9350FA tại Nhà máy Cán thép Lƣu Xá. Qua đó đƣa ra đƣợc thông số
chế độ cắt tối ƣu (đề tài tập trung chủ yếu là xác định chiều sâu cắt và vận tốc cắt tối


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 13 -
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Chƣơng 1
MÁY CNC XK9350FA VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG RÃNH VẰN
TRỤC CÁN GANG CẦU HỢP KIM SẢN PHẨM D18
1.1. Tổng quan máy CNC XK9350FA.
1.1.1. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy CNC XK9350FA.
Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA [1] nhà máy cán thép Lƣu Xá,
Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên sử dụng để gia công rãnh vằn trục cán,
khắc chữ và tạo lôgô các sản phẩm từ D6 đến D50 [2], máy có các thông số kỹ thuật
chủ yếu sau:
- Ký hiệu máy: XK9350FA
- Đƣờng kính chi tiết gia công: (100  500) mm
- Chiều dài lớn nhất của chi tiết gia công: 2.500 mm
- Gia công đƣợc rãnh vằn trên trục cán sản phẩm: (D6 D50) mm
- Tốc độ quay trục chính của máy/ công suất: (0  32) vòng/ phút / Dùng động
cơ servo 2 KW.
- Tốc độ trục chính đầu khắc chữ (dùng động cơ công suất 2,5 KW):
(2.0008.000) vòng / phút.
- Tốc độ trục chính đầu gia công đứng (dùng động cơ servo 2 KW): (0500)
vòng / phút.

Hình 1.1: Máy gia công rãnh vằn trục cán CNC XK9350FA
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 15 -
Hình 1.2: Sản phẩm rãnh vằn trục cán D18

1.1.2. Các trục toạ độ và phƣơng chiều chuyển động.
Máy có 4 chuyển động dùng động cơ servo và một chuyển động của trục
chính đầu khắc chữ dùng động cơ điều chỉnh đƣợc tốc độ, cụ thể nhƣ hình vẽ 1.3.


Hình 1.5: Nguyên lý cắt rãnh vằn
1.2.2. Cách khởi động hệ thống CNC và chƣơng trình gia công rãnh vằn:
1.2.2.1. Các bƣớc khởi động hệ thống:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 17 -
- Bƣớc 1.1: Bật công tắc nguồn của tủ điện.
- Bƣớc 1.2: Bật khoá nguồn trên bàn máy và chờ máy tính khởi động xong
- Bƣớc 1.3: Kích chuột vào nút “Start” trên màn hình.
- Bƣớc 1.4: Kích chuột vào biểu tƣợng của chƣơng trình “PA8000”.
- Bƣớc 1.5: Nhả nút “Emergent” trên bàn điều khiển.
- Bƣớc 1.6: Ấn tổ hợp phím Ctrl + R khởi động lại hệ thống CNC.
- Bƣớc 1.7: Đƣa các trục toạ độ về điểm chuẩn bằng cách:
+ Kích chuột vào biểu tƣợng “manual”.
+ Chọn vào biểu tƣợng “traverse to reference point”
+ Đƣa các trục toạ độ “Y” và “Z” về điểm chuẩn 0.
+ Ấn nút khởi động CNC các trục sẽ tự động dịch chuyển về vị trí 0
1.2.2.2. Cách cài đặt thông số trục cán trên máy và các yêu cầu:
- Bƣớc 2.1: Lựa chọn Manual operation.
- Bƣớc 2.2: Lựa chọn Move continuous.
- Bƣớc 2.3: Đƣa chuột vào trục Y
- Bƣớc 2.4: Cài đặt thông số trục cán.
- Bƣớc 2.5: Căn chỉnh tâm trục cán.
- Bƣớc 2.6: Chuẩn bị dao, trục dao, bạc tỳ.
- Bƣớc 2.7: Mài dao. Hình 1.6: Dao cắt để gia công rãnh vằn

Vào phần mềm PA8000, kích đúp chuột vào biểu tƣợng MAKING
PROGRAM để tạo file chƣơng trình, nhập các thông số gia công rãnh vằn (ví dụ có
các thông số gia công rãnh vằn nhƣ hình 1.8). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 20 -

Hình 1.8: Nhập các thông số gia công rãnh vằn
Chú ý:
+ Phải nhập giá trị góc bắt đầu: Ví dụ 170
0
+ Nhập tên chƣơng trình chính: Ví dụ: 2010
+ Nếu gia công không bỏ rãnh: Nhập tất cả các rãnh là dấu “/” vào ô trống.
+ Nếu gia công có bỏ rãnh: Ví dụ bỏ rãnh thứ 2 và thứ 4: Nhập rãnh thứ hai và thứ
tƣ là Q và 8, các rãnh khác nhập dấu “/”.
+ Nhập các giá trị tham số của trục và các tham số của máy.
Thứ tự các bước thực hiện:
- Bƣớc 3.1: Vào biểu tƣợng phần mềm PA8000.
- Bƣớc 3.2: Tải tự động các file chƣơng trình. Kích đúp chuột vào biểu tƣợng
MAKING PROGRAM.
- Bƣớc 3.3: Nhập các tham số cho trục và các tham số cho máy.
- Bƣớc 3.4: Vào chƣơng trình chính (Ví dụ đặt tên gọi là 2010).
- Bƣớc 3.5: Ấn biểu tƣợng “making program” chƣơng trình tự động đặt tên chƣơng
trình chính có tên P2010, chƣơng trình phụ cắt rãnh vằn có tên P9002010, ghi trong
bộ nhớ D:\NC\DATA của máy tính.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



Hình 1.9: Màn hình hiển thị khi thực hiện thao tác
đưa tâm dao cắt vào tâm rãnh gia công
- Bƣớc 4.1: Lựa chọn "Manual''.
- Bƣớc 4.2: Lựa chọn "Handwheel".
- Bƣớc 4.3: Lựa chọn trục để di chuyển.
- Bƣớc 4.4: Đầu tiên di chuyển trục A rồi sau đó đƣa trục X để trục dao vào tâm rãnh gia công.
- Bƣớc 4.5: Di chuyển trục Z quay đảm bảo khoảng cách giữa dao với hai mép của
rãnh gia công bằng nhau.
- Bƣớc 4.6: Di chuyển trục Z để đầu mũi dao chạm vào đáy rãnh gia công.
- Bƣớc 4.7: Di chuyển trục X tiến về phía trƣớc để khoảng cách mũi dao và bề mặt
rãnh một khoảng 0,1  0,2 mm.
- Bƣớc 4.8: Quay trục Z để toạ độ Z về “0”.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 23 -

Hình 1.10: Đường tâm trục X, A
1.2.2.5. Đặt trục X, A về 0 nhƣng không cần thiết phải di chuyển trục toạ độ:
- Bƣớc 5.1: Lựa chọn “manual”
- Bƣớc 5.2: Lựa chọn “auxiliary function”
- Bƣớc 5.3: Lựa chọn “setting zero”
- Bƣớc 5.4: Lựa chọn trục X, A đặt về 0
- Bƣớc 5.5: Nhập “0”
- Bƣớc 5.6: Ấn chọn “OK”
1.2.2.6. Tự động chạy chƣơng trình cắt rãnh vằn:
- Bƣớc 6.1: Lựa chọn “Automatic Function”
- Bƣớc 6.2: Lựa chọn “process 1”
- Bƣớc 6.3: Lựa chọn “single block”