Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THÁI HOÀ

TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA
SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA
CÔNG CNC MAKINO S33 ĐẢM BẢO THỜI GIAN GIA CÔNG NHỎ
NHẤT

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

PGS.TS Nguyễn Phú Hoa Nguyễn Thái Hoà
KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN
Thái Nguyên, 2011
-1 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin đƣợc cảm ơn PGS.TS Nguyễn Phú Hoa, Phó Viện
TrƣởngViện 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 dẫntận tình của
Thầy trong việc tiếp cận và khai thác tài liệu tham khảo cũng nhƣ những chỉ bảo
trong quá trình làm luận văn.
Tôi bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô giáo trong 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 trân thành cảm ơn các đồng chí lãnh đạo công ty TNHH Nippo
Mechatronics Việt Nam Khu công nghiệp Nội Bài-Sóc Sơn Hà Nội 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 gia công khuôn mẫu của công ty,
đồng chí Linh Ngọc Hải- trƣởng phòng gia công khuôn mẫu vè sự tạo điều kiện hết
sức thuận lợi cho tôi tiến hành thí nghiệm tại phòng gia công khuôn.
Tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn các bạn đồng nghiệp và gia đình đã ủng hộ động
viên tôi trong quá trình làm luận văn.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót,
rất mong nhận đƣợc sự dóng gopd ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học
và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả

Nguyễn Thái Hoà
-3 -


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2.3 Chế độ cắt của quá trình phay lòng khuôn 14
Chƣơng 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỐI ƢU CHẾ ĐỘ CẮT VÀ PHƢƠNG PHÁP TỐI
ƢU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM
CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC
MAKINO S33 28
2.1 Lý thuyết chung về tối ƣu hóa chế độ cắt 28
2.2 Cơ sở lý thuyết tối ƣu chế độ cắt khi phay phay 45
Chƣơng 3:
XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƢU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY
LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK
TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO 50
3.1 Xây dựng bài toán tối ƣu chế độ cắt khi phay 50
3.2 Giải bài toán tối ƣu chế độ cắt phay 58
Chƣơng 4:
KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TỐI ƢU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN
ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY
TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO VÀ KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 76
4.1.1 Kết quả ứng dụng thực tiễn 76
4.1.2 .1.2. Hiệu quả của tối ƣu hóa chế độ cắt 80
4.2 Kết luận, kiến nghị 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

-5 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


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
KW
Lct
Chiều dài chi tiết
Mm
-6 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU

TT
Hình số

Nội dung

17
8
Hình 1.8
Dao cắt để gia công lòng khuôn
18
9
Hình 1.9
Cách lắp đặt dụng cụ
19
10
Hình 1.10
Nhập các thông số gia công lòng khuôn
19
11
Hình 1.11
Màn hình hiển thị khi thực hiện thao tác đƣa tâm dao
cắt vào tâm chi tiết gia công để phay lòng khuôn
21
12
Hình 1.12
Màn hình hiển thị khi chạy chƣơng trình cắt lòng
khuôn
22
13
Hình 1.13
Cách lắp chi tiết gia công
24
14
Hình 1.14
Tọa độ chi tiết khi gia công lòng khuôn

Sơ đồ phân bố lƣợng dƣ gia công khi phay lòng
khuôn ở bƣớc gia công thô, gia công bán tinh và gia
công tinh.
50
20
Hình 3.2
Sơ đồ thuật toán
57
21
Hình 3.3
Bản vẽ khuôn CRG Arm Door Link
59
22
Hình 3.4
Sơ đồ phân bố lƣợng dƣ gia công lòng khuôn ép
nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK
59
23
Hình 3.5
Sơ đồ lƣợng dƣ gia công khi gia công lòng khuôn ở
bƣớc gia công thô
60
24
Hình 3.6
Mặt phẳng lƣới S
1
-V
1

61

31
Hình 4.6
Khuôn sau khi gia công
79
-8 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

33
Hình 4.7
Lòng khuôn sau khi gia công
80
34
Hình 4.8
Quá trình thử khuôn sản phẩm nhựa CRG ARM
DOOR trên máy ép nhựa FANUC SE100
81
35
Hình 4.9
Quá trình đo kích thƣớc sản phẩm nhựa CRG ARM
DOOR LINK trên máy đo Quick Scope đƣợc đúc
trên khuôn sau gia công
82
36
Hình 4.10
Kết quả đánh giá OK của khách hàng Canon về chi
tiết nhựa CRG ARM DOOR LINK
82


chế, tái sử dụng đƣợc nhiều lần [17]. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nghành gia
công ép nhựa cũng không ngừng phát triển và hiện nay đang là một trong những
nghành công nghiệp tiềm năng. Trong khoảng gần 10 năm trở lại đây, sự chuyển
giao công nghệ, kỹ thuật tiên tiến từ các công ty, tập đoàn nƣớc ngoài vào nƣớc ta
ngày càng mạnh mẽ và không ngừng gia tăng càng làm tăng thêm tốc độ phát triển
của lĩnh vực gia công ép nhựa của nƣớc ta.
Để đáp ứng đƣợc yêu cầu của nghành ép nhựa thì công việc gia công khuôn mẫu
ép nhựa cũng luôn luôn phát triển nhằm chế tạo ra các khuôn ép nhựa đảm bảo yêu
cầu kỹ thuật với giá thành rẻ nhất. Muốn đảm bảo đƣợc vấn đề đó thì việc gia công
khuôn (nhất là gia công lòng khuôn) phải đƣợc thực hiện với chế độ cắt tối ƣu [2].
Xuất phát từ đòi hỏi thực tế đó, em mạnh dạn chọn đề tài “Tối ƣu chế độ cắt
khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy
trung tâm gia công CNC Makino S33 đảm bảo thời gian gia công nhỏ nhất” để
nghiên cứu. Chi tiết CRG-ARM-DOOR-LINK là một chi tiết có chức năng nhƣ lẫy
đóng mở cửa của phần thân máy in laser của hãng Canon đƣợc gia công bằng
phƣơng pháp ép nhựa trên khuôn đúc CRG-ARM-DOOR-LINK. Khuôn đúc CRG-
ARM-DOOR-LINK đƣợc gia công và chế tạo tại trung tâm gia công khuôn của
công ty liên doanh với Nhật Bản là công ty TNHH Nippo Mechatronics Việt Nam
(Khu công nghiệp Nội Bài). Khuôn này có 4 khoang (cavity) để đúc ra 4 sản phẩm
-10 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

giống nhau trong cùng một lần đúc. Việc gia công 4 phần khoang (hay lòng khuôn)
là nhƣ nhau và chủ yếu đƣợc thực hiện phay trên máy trung tâm gia công (20 đầu
dao) CNC MAKINO S33của hãng Makino Nhật Bản [16]. Hiên nay quá trình gia
công phay với chế độ cắt chƣa đƣợc tối ƣu. Việc nghiên cứu tối ƣu chế độ cắt khi
phay lòng khuôn là một bài toán có tính khả thi nhằm giảm thời gian gia công, giảm
chi phí gia công sẽ đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao.

Axes Travel X, Y, Z
650x500x450
mm x mm x mm
Table Top to Spindle Face
150 ~ 600
mm
MACHINE TRAVERSE RATES
Rapid Transverse X, Y, Z
40
m/min
Axis Feed Rate
1 ~ 40000
mm/min
TABLE/PALLET
Side of Table
850x500
mm
Table Load Capacity
650
Kg
Maximum Work Size on Table
850x500x450
mm x mm x mm
T-Slot Size
18H8
mm
T-Slot Pitch
100
Mm
SPINDLE HEAD 12,000 rpm (standard)

N
17600±5%
N
-12 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình1.1: Máy trung tâm gia công Makino S33



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

máy
Hình1.4: Hình các chuyển động của máy
Khi lập trình, chi tiết coi nhƣ đứng yên còn dụng cụ cắt thì di chuyển so
với chi tiết gia công.
Có 2 hệ toạ độ cơ bản:
a) Hệ toạ độ đề các
b) Hệ toạ độ cực
1.1.2.a. Hệ toạ độ đè các 2D
1.1.2.b. Hệ toạ độ đề các 3D Y
X
P1
P2

Quy tắc bàn tay phải 1.1.2.d. Các trục trên máy trung tâm gia công Makino S33 Hình 1.5: Các trục tọa độ và phương chiều chuyển động
1.1.2.e. Hệ thống truyền động của máy

Ngoài chuyển động dọc theo các
trục X,Y và Z còn có thể đièu
khiển các chuyển động quay quanh
mỗi trục. Các chuyển động quay
này có thể điều khiển và đƣợc gọi
là các trục A,B hay C
-16 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.1.3. Phần mềm điều khiển và quá trình tạo một chƣơng trình gia công trên
máy trung tâm gia công CNC S33
- Bƣớc 1.1: Bật công tắc nguồn của tủ điện.
- Bƣớc 1.2: Bật khóa 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 “SI4000”
- Bƣớc 1.5: Nhà nút “Emergent” trên bàn điều khiển.
- Bƣớc 1.6: Ấn tổ hợp phín Ctrl + R khởi động lại hệ thống CNC.
- Bƣớc 1.7: Đƣa các trục tọa độ về điểm chuẩn bằng cách:
+ Kích chuột vào biểu tƣợng “Manual”
+ Chọn vào biểu tƣởng “traverse to to reference point”
+ Đƣa các trục tọa độ “Y” và “Z” về điểm chuẩn bằng cách:
+ 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 lòng khuôn trên máy và các yêu cầu:
- Bƣớc 2.1: Lựa chọn Manual openration.
- Bƣớc 2.2: Lựa chọn Move continuous.
- Bƣớc 2.3: Đƣa chuột vào trục Y
- Bƣớc 2.4: Cài đặt thông số lòng khuôn.
- Bƣớc 2.5: Căn chỉnh tâm lòng khuôn.
- Bƣớc 2.6: Chuẩn bị dao, trục dao, bạc tỳ.
-18 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Bƣớc 2.7: Mài dao. Hình 1.8: Dao cắt để gia công lòng khuôn

+ 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 SI4000.
- 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 CRGARM2011).
- Bƣớc 3.5: Ấn biểu tƣợng “Making program” chƣơng trình tự động đặt tên
chƣơng trình chính có tên CRGARM2011, ghi trong bộ nhớ D:\NC\DATA của máy
tính.
- Bƣớc 3.6: Vào phần mềm SI4000.
- Bƣớc 3.7: Lựa chọn “Data”
- Bƣớc 3.8: Lựa chọn file chạy.
- Bƣớc 3.9: Lựa chọn file (nhƣ CRGARM2011) từ thƣ mục D:\NC\DATA”
vào hệ thống CNC.
-20 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Bƣớc 3.9: Nếu có file trùng tên trong CNC thì trƣớc tiên phải xóa nó theo
các bƣớc sau:
+ Chọn “Data”
+ Chọn “Manage”
+ Chọn “Delete”
+ Chọn file cùng tên để xóa
+ Lựa chọn nút “OK”
+ Sau đó chọn lại từ bƣớc 6 đến bƣớc 8.
1.2.2.4. Đƣa tâm dao cắt vào tâm lòng khuôn.


- Bƣớc 6.5: Lựa chọn “program file”
- Bƣớc 6.6: Lựa chọn tên file là “P66” từ CNC.
- Bƣớc 6.7: Lựa chọn “Automatic Function”
- Bƣớc 6.8: Lựa chọn “process 1”
- Bƣớc 6.9: Lựa chọn “single block”.

Hình 1.12: Màn hình hiển thị khi chạy chương trình cắt lòng khuôn
-22 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Bƣớc 6.10: Nhấn “OK”
- Bƣớc 6.11: Nhấn nút “CNC-start” để chạy chƣơng trình.
1.2.2.6. Kiểm tra chạm (tiếp xúc)
- Bƣớc 7.1: Nếu dao không chạm vào mặt khuôn, khi đó dừng máy bằng
“single block”.
- Bƣớc 7.2: Lựa chọn “manual” xuất hiện hộp thoại
- Bƣớc 7.3: Lựa chọn “NO”
- Bƣớc 7.4: Lựa chọn “handwheel”
- Bƣớc 7.5: Lựa chọn trục X di chuyển về phía trƣớc khoảng 0,1mm
- Bƣớc 7.6: Lựa chọn “automatic”
- Bƣớc 7.7: Nhấn “CNC-button” để tiếp tục chạy chƣơng trình.
- Bƣớc 7.8: Nếu vẫn không chạm làm lại bƣớc 7.1 đến 7.7

Hình 1.13: Cách lắp chi tiết gia công
Dùng đồng hồ đo sự cân bằng của chi tiết gia công số 5 so với máy đến khi
đạt đƣợc dung sai cho phép thì ta kẹp chặt phôi lại.
Sau khi gia công xong chi tiết cần gia công để tháo dỡ sản phẩm ra khỏi
máy. Vệ sinh sạch sẽ khu vực gia công nhƣ phoi, dầu bằng cách dùng súng
khí thổi sạch.
1.2.3.2. Cách điều chỉnh chuyển chế độ gia công chi tiết.
-24 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Sự chuyển chế độ giữa gia công theo phƣơng thẳng đứng và gia công theo
phƣơng ngang tốc độ cao, sự phối hợp giữa hai kiểu gia công này là điểm nổi
bật của máy và chúng ta có thể chọn tự do một trong hai kiểu gia công đó. Tuy
nhiên ta phải xác định rõ cơ chế làm việc hiện thời của máy và bộ điều khiển
CNC trƣớc khi gia công.
Nguyên lý cắt lòng khuôn nhƣ hình vẽ 1.15. Dao di chuyển theo phƣơng
(X,Y) đến điểm toạ độ gốc 0. Sau đó dao sẽ di chuyển đến toạ độ điểm gia công
theo toạ độ đã setup trƣớc. Dao sẽ di chuyển xuống theo trục Z đến khi chạm
bề mặt chi tiết gia công. Lúc này dao bắt đầu thực hiện quá trình cắt theo
phƣơng Z với chiều sâu cắt zthô theo cài đặt. Sau khi đạt đến chiều sâu cắt quy
định thì dao bắt đầu hành trình cắt theo chiều X,Y theo biên dạng chi tiết gia
công mà các lệnh G đã lập trình đến khi cắt hết diện tích cần gia công ở lần
chạy dao đầu tiên.