-1 -
L ỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong Luận văn là do bản thân tôi thực hiện
dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Phú Hoa. Ngoài phần tài liệu tham
khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa được ai
công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2011

Tác giả
Nguyễn Thái Hòa
-2 -
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin được cảm ơn PGS.TS Nguyễn Phú Hoa, Phó Viện
TrưởngViện Nghiên cứu phát triển Công nghệ cao về Kỹ thuật Công nghiệp, Đại
học Thái Nguyên, thầy hướng dẫn và định hướng đề tài, sự hướng dẫntận tình của
Thầy trong việc tiếp cận và khai thác tài liệu tham khảo cũng như 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 Trường
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 xưởng gia công khuôn mẫu của công ty,
đồng chí Linh Ngọc Hải- trưởng 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,

phương pháp ép nhựa trên khuôn đúc CRG-ARM-DOOR-LINK. Khuôn đúc CRG-
ARM-DOOR-LINK được 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
-4 -
(Khu công nghiệp Nội Bài). Khuôn này có 4 khoang (cavity) để đúc ra 4 sản phẩm
giống nhau trong cùng một lần đúc. Việc gia công 4 phần khoang (hay lòng khuôn)
là như nhau và chủ yếu được 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 chưa được tối ưu. Việc nghiên cứu tối ưu 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.
2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Mục đích, đối tượng nghiên cứu của đề tài là tối ưu chế độ cắt của phương
pháp gia công phay trên trung tâm gia công CNC MAKINO S33với phạm vi là bộ
2 thông số (S, V) nhằm đạt mục tiêu là thời gian gia công nhỏ nhất.
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Góp phần phát triển lý thuyết tối ưu hóa chế độ cắt, ứng dụng tối ưu hóa chế
độ cắt khi phay trên máy phay điều khiển số để gia công sản phẩm có bề mặt phức
tạp.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu được ứng dụng trực tiếp vào trong việc gia công khuôn
mẫu để ép ra chi tiết CRG-ARM-DOOR-LINK và các chi tiết thuộc họ ARM
DOOR có hình dáng kết cấu tương tự của công ty TNHH Nippo Mechatronics đem
lại hiệu quả kinh tế - thực tiễn cho công ty.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp cả phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tại phòng gia
công khuôn mẫu của công ty Nippo.
-5 -
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Hình1.1: Máy trung tâm gia công Makino S33
Chương 2
-7 -
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT VÀ PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU
CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-
DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO S33
2.1. Lý thuyết chung về tối ưu hoá chế độ cắt:
2.1.1: Các vấn đề chung:
Một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh
tế - kỹ thuật của quá trình chế tạo cơ khí là chế độ cắt phải tối ưu.
Tối ưu hóa chế độ cắt là đòi hỏi tất yếu, khách quan của nền sản xuất cơ khí
hiện đại, bởi vì:
- Các thiết bị, máy móc càng hiện đại thì có khả năng tự động hóa càng cao
và đắt tiền. Việc sử dụng máy móc đắt tiền chỉ có thể đạt được hiệu quả cao khi chế
độ cắt phải tối ưu.
- Trong cơ chế kinh tế thị trường, sản phẩm cơ khí đòi hỏi giá thành chế tạo
phải rẻ nhất trên cơ sở chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu đề ra. Giá thành chế tạo sản
phẩm chỉ có thể là nhỏ nhất khi được chế tạo bằng chế độ cắt tối ưu.
Tối ưu hóa chế độ cắt thực hiện bằng hai 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 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.
2.1.5. Phương pháp tối ưu chế độ cắt theo đường 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,

y
T
t
tt
22
32
(đồng) (2.54) Trong đó:
x-chi phí khai thác máy
y-chi phí dụng cụ cắt
t
2
-Thời gian cắt;
t
3
-thời gian thay dụng cụ cắt;
T-tuổi bền dụng cụ cắt
Sử dụng công thức Taylor, tuổi bền dụng cụ cắt được tính:
T =
dtctbt
t
StV
A

(2.55)
Với
A
t
- Hằng số tính toán;
b
t

{
t
dcb
A
StVytx
VSt
C
ttt
) (

1
W
3
x
+
= +
(2.58)
Bằng việc loại trừ V trong phương trình (2.58) nhờ phương trình (2.55), ta
có:
t
b
t
d
t
b
tttt
Sbcbb
t
tA
C

tối ưu các thông số chế độ cắt khi tiện thô như sau:
Hình 2.1: Miền các giá trị S-V
V
S(mm/ph)
SmaxSmin
Vmin
Vmax
Vopt
Sopt
-10 -
Trên cơ sở điều kiện gia công của một máy công cụ với một dụng cụ cắt nào
đó ta xây dựng một mặt phẳng V-S. Vấn đề ở đây là ta xác định điểm tối ưu trong
mặt phẳng V-S cho phép trên. Để thực hiện ta chia mặt phẳng V-S ra thành lưới
20*20 như hình 2.1. Nó được phân ra hai miền, miền các điểm không khả dĩ do các
yếu tố ràng buộc và miền khả dĩ, chúng được ngăn bởi một đường cong như hình
2.1.
Những điểm mà chi phí gia công nhỏ nhất luôn nằm trên đường phân giới
giữa miền khả dĩ và không khả dĩ. Bởi vậy mà không cần xem xét hết các điểm nằm
trong mặt phẳng V-S.
Quá trình xác định V
opt
, S
opt
được bắt đầu từ điểm O và các bước sau:
1. Điểm lưới (S
i
, V
j
) là điểm có toạ độ (Smin, Vmax) sẽ được kiểm tra với
các ràng buộc về công suất cắt cho phép, nếu nó không khả dĩ như điểm 1 ở hình

XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG
KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG
TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO
3.1. Xây dựng bài toán tối ưu chế độ cắt phay lòng khuôn ép nhựa sản
phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO
S33.
Từ nội dung Chương 2, mục 2.2.2 đã xác định bài toán tối ưu chế độ cắt khi
phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm
gia công CNC MAKINO S33. Là tối ưu chế độ cắt (V,S) đảm bảo thời gian gia
công τ
m
nhỏ nhất.
Quá trình gia công phay lòng khuôn CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy
trung tâm gia công CNC MAKINO S33 lập trình sẵn chia làm 2 bước (thô và tinh)
như hình 3.1.
Hình 3.1: Sơ đồ phân bố lượng dư gia công khi phay lòng khuôn ở bước
gia công thô và gia công tinh.
Trong đó:
-13 -
Bước gia công thô: Ở bước gia công thô với lượng dư gia công Z
1
được tiến
hành với một số lần chạy dao gia công có cùng chiều sâu cắt t
1
, vận tốc cắt n
dao1
.
Bước gia công này được lặp lại với n
c
số lần chạy dao

công cụ thể là: Z1=0,5mm; Z2=0,25mm như hình 3.4
Hình 3.4: Sơ đồ phân bố lượng dư gia công lòng khuôn ép nhựa sản
phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK.
Ta tiến hành tính toán cụ thể như sau:
3.2.1. Tối ưu chế độ cắt khi gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm
CRG-ARM-DOOR-LINK ở bước gia công thô:
Lượng dư gia công ở bước gia công thô như hình 3.5 sau
Vi
Si
Vmax
Vmin
SmaxSmin
M
0
(V
1
,S
1
)
-15 -
Hình 3.6: Mặt phẳng lưới S
1
-V
1
Tiếp theo ta xác định tập các điểm khả dĩ
* Chọn điểm xuất phát:
Điểm xuất phát của quá trình xác định tập các điểm khả dĩ được chọn là
điểm 1≡M
0
có tọa độ (75, 376,8)

: Hệ số xét đến điều kiện làm việc nhất định đến lực cắt, tra theo bảng
(5-41) [7], C
Pz
=101.
+ t
i
: Chiều sâu cắt ở bước cần gia công, mm: khoảng cách từ mặt chưa gia
công đến mặt đã gia công.
-16 -
+ B: Chiều rộng rãnh cắt do dao tạo thành ở bước cần gia công , B=6(mm).
+ V
i
: Tốc độ cắt ở bước cần gia công, (m/ph)
+ x, u,q,w: Chỉ số mũ xét đến ảnh hưởng của chiều sâu cắt, bề rộng dao và
vận tốc đến lực cắt.
X=0.88 , u= 1, q=0.87, w=0 (tra b ảng 5-41 [7 ]
+ K
mv
: Hệ số hiệu chỉnh chung cho chất lượng vật liệu gia công. Tra bảng 5-
9 [7] được K
mv
= 1
- n : Số vòng quay trục chính (v/ph)
Thay các giá trị hệ số và chỉ số mũ vào công thức (3.24) được:
P
zl
=
S
087.0
188.0

=6,5571 (kW)<[N
c
] = 16,67 (kW)
Nhận xét: Điểm lưới 1 thỏa mãn ràng buộc về công suất cắt gọt cho phép của
máy [N
c
]. Vậy điểm lưới 1 có tọa độ (75, 376,8) là khả dĩ. Đánh dấu điểm lưới 1.
- Bước 2: Lúc này điểm lưới được lấy tăng theo lượng chạy dao có giá trị
S = S
i
+k
s
(với k
s
= 44,25m/ph) như điểm 2 trong hình 3.7 và phương pháp
này quay về bước 1.
+ Xét điểm lưới 2: Có S = S
i
+k
s
= 75+44,25 = 119,25m/ph
-17 -
Gọi điểm lưới 2 có tọa độ (119,25, 376,8). Điểm lưới 2 sẽ được kiểm tra với
ràng buộc công suất cắt gọt cho phép của máy [N
c
]. Thay giá trị tọa độ điểm lưới
(119,25, 376,8) vào công thức (3.26) được:
N
l(2)
=

102.60
11
==
VP
z
(kW)
N
l(3)
=14.294(kW)<[N
c
] = 16.67 (kW)
Điểm lưới 3 có tọa độ (163.5, 376.8) là điểm khả dĩ. Đánh dấu điểm lưới 3.
+ Xét điểm lưới 4: Có tọa độ (207.75, 376.8):
N
l(4)
=
163,18
102.60
8.376.5,163.42.1
102.60
11
==
VP
z
(kW)
N
l(4)
= 18,163(kW)>[N
c
] = 16,67 (kW)

V
1
376.8 376.8 376.8 333.9 233.8 205.2 176.6 162.3
S
1
75 119.25 163.5 207.75 296.25 340.5 384.75 429
V
1
S
1
28260 44933.4 61606.8 69367.7 69251.5 69870.6 68476.6 69626
Miền không khả dĩ
Miền khả dĩ
M
M
0
S
V
1
2 3
4
424140
-19 -
V
1
148 133.7 119.4 105.1 105.1 90.8 90.8 90.8
S
1
473.5 517.5 561.75 606 650.25 694.5 738.75 783
V

,S
l
) = (783,90.8) (3.27)
-20 -
Chương 4
KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết quả ứng dụng thực tiễn:
Ứng dụng các kết quả nghiên cứu về mặt lý thuyết, ứng dụng thực tiễn gia
công lòng khuôn ép nhựa CRG ARM DOOR LINK trên máy trung tâm gia công
S33 đã đem lại kết quả như sau:
Hình 4.5: Hình ảnh quá trình gia công
Hình 4.6: Khuôn sau khi gia công
-21 -
Hình 4.7: Lòng khuôn sau khi gia công
4.1.2. Hiệu quả của tối ưu hóa chế độ cắt:
Thời gian gia công của tối ưu hóa chế độ cắt là:
* Thời gian máy gia công ở bước gia công thô(1 lần chạy dao):
205.120.84.
1000.8,90
8,20.2
.
5,0
783,0
.)./.2).(/(
111
===
rgglml
nnVLtZ
τ
(phút)

25
1
''
===
∑
=i
mim
ττ
(phút) (4.2)
Đánh giá hiệu quả tối ưu hóa chế độ cắt theo thời gian gia công τ
m
là:
Δτ=
82.3105.1287.43
'
=−=−
mm
ττ
(phút) (4.3)
Đánh giá hiệu quả tối ưu hóa chế độ cắt thời gian gia công τ
m
theo tỷ lệ % là:
Δτ%=
%5.72%100.
87.43
82.31
%100.
'
'
==

(S
1
,V
1
) = (783,90.8) (4.3)
1. Hiệu quả của tối ưu hóa chế độ cắ đã giảm thời gian gia công: Tính theo giá trị
% thời gian máy gia công τ
m
theo tính toán rút ngắn hơn thời gian máy gia công
τ
’
m
cho theo máy: 72.5%.
2. Hiệu quả tổng thể là đã giảm thời gian gia công khuôn là 30% và giải quyết
được bài toán năng suất chế tạo khuôn, đáp ứng được yêu cầu dặt hàng của
khách hàng với họ loại khuông CRG ARM DOOR nói chung và ARM DOOR
LINK nói riêng.
4. Kiến nghị: (Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo).
Do điều kiện về thời gian và các điều kiện khác mà kết quả của đề tài mới
đạt được tối ưu chế độ cắt (S,V) đảm bảo thời gian gia công nhỏ nhất với các ràng
buộc chủ yếu là điều kiện của máy công cụ và điều kiện kinh tế của tuổi bền dụng
cụ cắt. Do vậy sẽ còn nhiều vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục được nghiên cứu và phát
triển, đó là vấn đề tối ưu thông số hình học dụng cụ cắt, mòn dụng cụ, tính toán hiệu
quả kinh tế, vấn đề nhiệt cắt, lực cắt, rung động…. trong gia công lòng khuôn ép
nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK làm bằng vật liệu thép Hợp kim Stavax
đang được sử dụng phổ biến trong ngành gia công khuôn mẫu hiện nay.
Bên cạnh đó quá trình tối ưu hóa chế độ cắt gia công lòng khuôn ép nhựa nói
chung cần xây dựng thành phần mền máy tính đảm bảo quá trình tính toán được
nhanh chóng, chính xác.
-25 -