BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
............

............

NGÔ XUÂN SƠN

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ ðỘNG HÓA THIẾT KẾ
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT GỌT

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa Nông lâm nghiệp
Mã số

: 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học:

GS.TS. TRẦN VĂN ðỊCH

Hà Nội - 2012


LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Người cam ñoan



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

ii


MỤC LỤC
Lời cam ñoan…………………………………………………………………..i
Lời cảm ơn……………………………………………………………………ii
Mục lục………………………………………………………………………iii
Danh mục bảng……………………………………………………………...vii
Danh mục hình…………………………………………………………….....ix
Danh mục viết tắt……………………………………………………………..x
MỞ ðẦU……………………………………………………………………..1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG MÁY TÍNH ðỂ THIẾT
KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT GỌT ...........5
1.1-

SẢN XUẤT CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY VỚI SỰ TÁC ðỘNG
CỦA CAD/CAM..............................................................................5

1.2-

THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ ỨNG DỤNG
MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CẮT
GỌT .................................................................................................6

1.2.1-

Thiết kế QTCN gia công cắt gọt.......................................................7


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

iii


1.3.3-

Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở công
nghệ nhóm, công nghệ ñiển hình và công nghệ tổ hợp và khả
năng ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN gia công cắt gọt...........18

1.3.4 –

Phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt dưới dạng hỗ trợ,
tư vấn và khả năng ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN cắt
gọt trên cơ sở hệ chuyên gia hỗ trợ.................................................24

1.3.5-

Phương pháp thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt và khả
năng ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN gia công cắt gọt...........26

Kết luận chương 1 .........................................................................................31
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TỐI ƯU XÂY DỰNG
VÀ MÃ HÓA HỆ DỮ LIỆU ........................................................32
2.1-

NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG THIẾT KẾ TỐI ƯU QTCN CẮT
GỌT ...............................................................................................32


Cấu trúc và mã hóa dữ liệu chung ..................................................41

2.3.4 –

Mã hóa dữ liệu về chỉ tiêu cơ, lý, hóa tính......................................42

2.3.5 -

Mã hóa dữ liệu phân loại chi tiết gia công ......................................43

2.3.6 –

Cấu trúc và mã hóa dữ liệu các bề mặt cần gia công.......................45

2.3.7 –

Giải thuật về dữ liệu chi tiết gia công .............................................59

2.4 –

CẤU TRÚC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP
GIA CÔNG ....................................................................................60

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

iv


2.4.1 –


2.4.9 –

Dữ liệu các phương pháp gia công ñặc biệt ....................................65

2.5 –

CẤU TRÚC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU VỀ MÁY CÔNG CỤ .........65

2.5.1 –

Mã hóa dữ liệu về tốc ñộ chạy dao .................................................67

2.5.2 –

Mã hóa dữ liệu về khả năng công nghệ của máy ............................68

2.5.3 –

Mã hóa dữ liệu về khả năng sử dụng dao cắt của máy ....................68

2.5.4 –

Dữ liệu về khả năng sử dụng ñồ gá của máy...................................69

2.6 –

CẤU TRÚC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU VỀ DỤNG CỤ CẮT
GỌT ...............................................................................................69



Mã hóa dữ liệu kết cấu và kích thước trang bị công nghệ ...............73

2.8.2 –

Mã hóa dữ liệu về khả năng sử dụng ..............................................73

2.8.3 –

Mã hóa dữ liệu ñiều kiện làm việc..................................................73

2.9 –

MÃ HÓA KIỂU DỮ LIỆU ðỂ TÍNH TOÁN KINH TẾ................73

Kết luận chương 2 .........................................................................................75

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

v


Chương 3

PHƯƠNG PHÁP TỰ ðỘNG TẠO LẬP TÀI LIỆU

THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG
TRÊN MÁY TÍNH .......................................................................76
3.1 –



3.2.2 –

Trạng thái ñầu trong mô phỏng quá trình gia công cắt gọt..............80

3.2.3 –

Phương pháp vẽ các bề mặt gia công trong quá trình mô phỏng
gia công cắt gọt. .............................................................................81

3.2.4 – Phương pháp vẽ dụng cụ cắt trong mô phỏng quá trình gia công
cắt gọt ............................................................................................81
3.2.5 –

Giải thuật mô phỏng quá trình gia công cắt gọt ..............................81

3.3-

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................83

3.3.1-

Kết luận và kết quả nghiên cứu. .....................................................83

3.3.2-

Kết quả nghiên cứu: .......................................................................83

Kết luận chương 3 .........................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................85

B¶ng 2.23: Mã hóa các phương pháp mài ..................................................... 63
B¶ng 2.24: Mã hóa các phương pháp gia công răng..................................... 64
B¶ng 2.25: Mã hóa các phương pháp gia công ren – trục vít........................ 64
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

vii


B¶ng 2.26: Mã hóa các phương pháp ñặc biệt.............................................. 65
B¶ng 2.27: Mã hóa các dữ liệu chính máy tiện ............................................. 67
B¶ng 2.28: Mã hóa tốc ñộ chạy dao máy công cụ thường ............................. 67
B¶ng 2.29: Mã hóa dữ liệu khả năng công nghệ của máy công cụ ................ 68
B¶ng 2.30: Mã hóa dữ liệu khả năng sử dụng dao cắt của máy công cụ........ 68
B¶ng 2.31: Mã hóa dữ liệu khả năng sử dụng ñồ gá của máy công cụ .......... 69
B¶ng 2.32: Mã hóa dữ liệu chính của dụng cụ cắt......................................... 69
B¶ng 2.33: Mã hóa dữ liệu về lưỡi cắt .......................................................... 70
Bảng 2.34: Mã hóa dữ liệu về thân dụng cụ cắt ............................................ 70
B¶ng 2.35: Mã hóa khả năng gia công của dụng cụ cắt................................. 70
B¶ng 2.36: Mã hóa khả năng ñiều kiện làm việc của dụng cụ cắt ................. 71
B¶ng 2.37: Mã hóa các dữ liệu chính về ñồ gá............................................. 71
B¶ng 2.38: Mã hóa về ñặc trưng và kích thước ñồ gá ................................... 72
B¶ng 2.39: Mã hóa khả năng liệu ñiều kiện làm việc của ñồ gá .................... 72
B¶ng 2.40: Mã hóa các dữ liệu chính về trang bị công nghệ ........................ 72
B¶ng 2.41: Mã hóa về ñặc trưng và kết cấu và kích thước trang bị công nghệ ..... 73
B¶ng 2.42: Mã hóa khả năng sử dụng của trang bị công nghệ...................... 73
B¶ng 2.43: Mã hóa ñiều kiện làm việc của trang bị công nghệ .................... 73
B¶ng 2.44: Mã hóa các loại dữ liệu về kinh tế ............................................. 74

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..




DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

1) QTCN – Quy trình công nghệ
2) CAD – Computer Aided Design
3) CAM - Computer Aided Manufacturing
4) CAPP - Computer Aided Production planning
5) CNC - Computer Numberical Control
6) FMC – Flexible Manufacturing Cell
7) FMS - Flexible Manufacturing Systems
8) CIM – Computer Intergrated Manufacturing
9) PT – Phương trình
10) MS – Mã số

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

x


MỞ ðẦU
Ngày nay nhắc ñến tự ñộng hoá quá trình công nghệ không còn là một
khái niệm mơ hồ nữa mà nó ñã ñược ứng dụng rộng rãi trên thế giới và trong
mọi lĩnh vực. Trong mấy thập kỷ gần ñây với sự phát triển mạnh mẽ của khoa
học và sự bùng nổ thông tin, sự phát triển mạnh mẽ máy tính ñiện tử và công
nghệ ñiện tử, vi ñiện tử, bán dẫn và các dụng cụ chính xác khác… cộng với sự
phát hiện nhiều quy luật ñiều khiển mới, thúc ñẩy quá trình tự ñộng hoá công
nghệ cũng phát triển mạnh mẽ, sâu rộng và ngày càng hoàn thiện hơn.
Hoà chung nền khoa học của thế giới, nền sản xuất nước ta cũng dần ñi
vào phát triển lĩnh vực này. Với ñặc ñiểm là một nước ñang phát triển, nền

trình công nghệ ñược thiết kế tự ñộng với các thông số công nghệ ñược tính
toán một cách nhanh chóng thông qua các chương trình máy tính. Kết quả là:
cho phép thiết lập ñược quy trình công nghệ cho sự ra ñời của sản phẩm với
sự chính xác theo yêu cầu và thời gian ñược rút ngắn. Cho nên tính linh hoạt
trong sản xuất, năng suất và chất lượng sản phẩm ñược nâng cao; Cho phép
rút ngắn thời gian và khối lượng kiến thức cần trang bị cho nhân công vì phần
lớn quá trình công nghệ ñược thiết kế tự ñộng. Do ñó mà chi phí cho ñào tạo
nhân lực giảm. Vì thế nhằm ñưa nước ta từ nước kinh tế kém phát triển
chuyển sang nước có nền công nghiệp hiện ñại ñang ñặt ra yêu cầu hết sức
cấp thiết ñối với ngành cơ khí chế tạo máy hiện ñại ñủ khả năng chế tạo ra các
thiết bị máy móc cho các ngành kinh tế khác, ñáp ứng yêu cầu công cuộc
công nghiệp hóa, hiện ñại hóa ñất nước.
Nền công nghiệp cơ khí hóa hiện ñại ñó phải ñáp ứng các tiêu chí:
- Trang thiết bị, máy móc hiện ñại, tự ñộng hóa và linh hoạt.
- Công tác thiết kế, chuẩn bị sản xuất phải ñược tiến hành tự ñộng, ñảm
bảo thời gian thiết kế nhanh chóng, chính xác.
Mặt khác trên thế giới, trình ñộ sản xuất của ngành cơ khí chế tạo máy
phát triển ở mức ñộ cao ( High tech). Sự ra ñời của hàng loạt máy móc thiết bị
có mức ñộ tự ñộng hóa cao, linh hoạt trong sản xuất ( CNC, FMC, FMS,
trung tâm gia công,v.vv…), sự ra ñời các phương pháp gia công mới cộng với
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

2


những phát triển nhảy vọt về trình ñộ thiết kế, chuẩn bị sản xuất ñang tiến tới
tự ñộng hóa, xuất hiện sự tích hợp tự ñộng hóa thiết kế và tự ñộng hóa quá
trình sản xuất
( CIM ). Chính vì vậy mà sản xuất cơ khí chế tạo máy của các nước
công nghiệp phát triển cao ñã sản xuất ra những thiết bị máy móc có chất

khoa học tiên tiến của nền sản xuất cơ khí chế tạo máy hiện ñại, của khoa học
tối ưu, của tự ñộng hóa thiết kế nhất là tự ñộng hóa thiết kế công nghệ gia
công cắt gọt. v.vv…
• Thực tiễn: Tạo lập chương trình máy tính tự ñộng hóa thiết kế
QTCN gia công cắt gọt trên cơ sở lý thuyết và phương pháp tự ñộng hóa thiết
kế QTCN gia công cắt gọt ñã xây dựng.
Nội dung trình bày trong luận văn thạc sỹ gồm:
Chương I: Tổng quan về ứng dụng máy tính trong thiết kế QTCN gia
công cắt gọt
Chương II: Cơ sở lý thuyết tự ñộng hóa thiết kế QTCN gia công cắt
gọt, hệ dữ liệu và ngân hàng dữ liệu của tự ñộng hóa thiết kế QTCN gia công
cắt gọt
Chương III: Tạo lập tự ñộng tài liệu thiết kế và phương pháp mô phỏng
quá trình gia công cắt gọt trên máy tính.
Kết quả, kết luận và kiến nghị

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

4


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG MÁY TÍNH ðỂ THIẾT KẾ
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT GỌT
1.1- SẢN XUẤT CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY VỚI SỰ TÁC ðỘNG CỦA CAD/CAM

Quá trình sản xuất cơ khí chế tạo máy là quá trình con người với sự tổ
chức chặt chẽ, khoa học thông qua các công cụ sản xuất ( máy móc thiết bị,
dụng cụ gia công , trang bị công nghệ, v.v…) tác ñộng vào ñối tượng gia
công( còn gọi là chi tiết gia công) nhằm biến ñổi ñối tượng gia công từ hình

năng suất lao ñộng cao.
ðối với Việt Nam, nền cơ khí chế tạo máy với những thiết bị cũ, lạc
hậu, phương thức làm việc trong công tác tổ chức, thiết kế hoàn toàn thủ công
bằng tay, thì vấn ñề ứng dụng máy tính trong sản xuất cơ khí và nhất là
CAD/CAM ñang là vấn ñề rất lớn, là vấn ñề sống còn trong ngành cơ khí chế
tạo máy. Song CAD/CAM là một khối lượng công việc hết sức lớn, ñồ sộ. Vì
vậy trong luận văn này chúng tôi chỉ ñặt ra mục tiêu là nghiên cứu xây dựng
chương trình máy tính ñể thiết kế QTCN gia công cắt gọt, một công việc của
CAD và rất quan trọng trong tích hợp CAD/CAM.
1.2- THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CẮT GỌT VÀ ỨNG DỤNG MÁY TÍNH
TRONG THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG CẮT GỌT

ðể sản xuất cơ khí ñạt ñược chất lượng và năng suất cao, ngoài việc ñổi
mới thiết bị máy móc hiện ñại, tự ñộng hóa thì công tác chuẩn bị sản xuất,
thiết kế QTCN phải ñược tổ chức khoa học, tự ñộng thì mới ñảm bảo quá
trình sản xuất, thiết kế QTCN nhanh chóng, chính xác và nhất là có thể tính
toán so sánh giữa các phương án ñể xác ñịnh ñược phương án tối ưu.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

6


1.2.1- Thiết kế QTCN gia công cắt gọt

Công việc thiết kế QTCN gia công cắt gọt có vị trí rất quan trọng trong
quá trình sản xuất cơ khí như hình 1.1

Thị
trường

Sản phẩm

Hình 1.1: Vị trí, chức năng của thiết kế QTCN gia công cắt gọt

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

7


Mục tiêu của công tác thiết kế QTCN gia công cắt gọt là ñảm bảo quá
trình chế tạo sản phẩm cơ khí ổn ñịnh và tin cậy theo quy mô và ñiều kiện sản
xuất ñể ñạt hiệu quả kinh tế cao nhất.

Chức năng của công tác thiết QTCN gia công cắt gọt là:
- Thiết kế và thử nghiệm QTCN chế tạo sản phẩm.
- Giám sát, ñiều khiển quá trình sản xuất.

Quan hệ giữa công tác thiết kế QTCN gia công cắt gọt và quá trình
sản xuất là quan hệ tương hỗ, tác ñộng hoàn thiện lẫn nhau. ðảm bảo chất
lượng thiết kế QTCN là tạo ñiều kiện cho quá trình sản xuất ñạt hiệu quả cao.
1.2.2- Mô hình thiết kế QTCN gia công cắt gọt.

Mô hình thiết kế QTCN gia công cắt gọt như hình 1.2

ðối tượng gia công
- Bản vẽ
- Yêu cầu kỹ thuật
- Sản lượng

Môi trường sản xuất

- Tình hình sản xuất hiện tại của nhà máy, phân xưởng.
- V.vv…
*) Các thông số của sản phẩm cần sản xuất như:
- Hình dáng hình học, kích thước, ñộ chính xác, ñộ bóng các bề mặt gia
công.
- Các yêu cầu về cơ lý hóa tính ñạt ñược sau khi gia công.
- Sản lượng theo thời gian,.v. v…
b) Hệ thống các bảng tra cứu
Trong quá trình thiết kế QTCN gia công cắt gọt, ta phải sử dụng số liệu
từ các bảng tra cứu ñược xây dựng từ quá trình thực nghiệm và kinh nghiệm
như: các hệ số ñể tính chế ñộ cắt; tốc ñộ, lượng chạy dao và các thông số
khác của máy công cụ; các thông số dụng cụ cắt và trang bị công nghệ; các
tính chất phôi liệu và tính chất cơ lý của vật liệu; các thông số về kinh
tế,.v.v…
c) Thông tin kết quả
Thông tin kết quả là QTCN gia công cắt gọt ñược thể hiện bằng các tài
liệu công nghệ, ví dụ bản vẽ công nghệ bao gồm các nội dung sau:
*) Bề mặt gia công:
- Hình dáng, kích thước.
- ðộ chính xác và ñộ bóng bề mặt cần ñạt,.v.v…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

9


*) Sơ ñồ gá ñặt, ñồ gá.
*) Phiếu nguyên công: máy móc, dụng cụ cắt, chế ñộ công nghệ,.v.v…
1.2.3- Các phương thức thiết kế QTCN gia công cắt gọt


Tủ, phích ñựng

Bìa lỗ ghi số liệu

Bộ lưu giữ dùng

hồ sơ, bản vẽ

vi phim, bộ chứa

băng từ, lõi ferit,

các vi phim,

ñĩa mềm

(Display)

cataloge
Phương thức xác

ðọc trực tiếp từ

ñịnh giữ liệu

giấy, bản vẽ

Khả năng diễn

Thủ công, bản vẽ

Thiết bị thông tin

thông tin

Telex

Telex

xa

Khả năng sử

Hầu như không

Trong phạm vi

Tốt, phạm vi rộng

dụng các phương

hẹp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

10


án cũ
Ảnh hưởng chủ
quan của người

Mức ñộ diễn ñạt
chung

Rất rõ, bằng thuật
toán cụ thể

Qua sự phân tích ñặc trưng cơ bản của các phương thức thiết kế QTCN
gia công cắt gọt cho ta thấy sử dụng máy tính là phương thức thiết kế bán tự
ñộng- tự ñộng và là phương pháp tiên tiến hiện nay, ñem lại hiệu quả kinh tế,
tính chính xác của công tác thiết kế QTCN gia công cắt gọt rất cao. ðặc biệt
ñối với thiết kế và ñiều khiển các hệ thống công nghệ có tính ngẫu nhiên, phụ
thuộc thời gian, yêu cầu ñộ tin cậy và tính linh hoạt cao thì sử dụng máy tính
càng phù hợp.
Sử dụng phương thức thiết kế QTCN gia công cắt gọt bằng máy tính sẽ
ñảm bảo cho ngành cơ khí chế tạo máy nâng cao ñược năng suất và chất
lượng sản phẩm, ñáp ứng các yêu cầu ngày càng ña dạng của ñời sống và của
các ngành kinh tế xã hội khác. ðặc biệt trong cơ chế kinh tế thị trường thì sản
phẩm cơ khí ngoài năng suất, chất lượng còn ñòi hỏi phải có tính cạnh tranh
cao, giá thành hạ.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

11


Nói một cách khác công tác thiết kế QTCN gia công cắt gọt phải ñược
tiến hành hoàn toàn tự ñộng mới ñảm bảo thời gian thiết kế nhanh, tính chính
xác cao trên cơ sở tính toán, thiết kế tối ưu.
ðồng thời ñối với ngành cơ khí chế tạo máy hiện ñại sử dụng càng
nhiều máy móc hiện ñại và tự ñộng ở mức ñộ cao như các máy CNC, FMS,


bị, của dụng cụ cắt,.v.v. nhằm không ngừng nâng cao tính hiệu quả của quá
trình công nghệ.
Tóm lại, ứng dụng máy tính trong thiết kế QTCN gia công cắt gọt sẽ là:
- Tăng hiệu suất của quá trình thiết kế.
- Nâng cao chất lượng thiết kế.
- Nâng cao khả năng thu nhập, liên kết công nghệ thông tin.
- Tạo ra cơ sở dữ liệu cho quá trình sản xuất.
Máy tính và công nghệ tin học hoàn toàn có thể ứng dụng vào tất cả các
công ñoạn của quá trình thiết kế QTCN gia công cắt gọt như:
- Ứng dụng ñể tính toán, tra cứu số liệu,.v.v.
- Ứng dụng ñể lựa chọn, xác ñịnh phương án trình tự gia công
- Ứng dụng trong chuyển giao dữ liệu cho quá trình sản xuất và ñiều
khiển quá trình sản xuất.
- V. v…
Việc ứng dụng máy tính trong quá trình thiết kế QTCN gia công cắt gọt
có thể áp dụng cho một vài công việc cho ñến tự ñộng hóa hoàn toàn.
1.2.4- Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính thiết kế QTCN gia công cắt gọt

Mô hình tổng quát ứng dụng máy tính ñể thiết kế QTCN gia công cắt
gọt ñược mô tả như hình 1.3

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

13


ðối tượng gia công
- Bản vẽ
- Yêu cầu kỹ thuật