Nguyªn lý c¾t
Chương 3
TỐI ƯU HOÁ QUÁ TRÌNH CẮT VÀ LỰA CHỌN DỤNG CỤ CẮT VÀ
LỰA CHỌN DỤNG CỤ CẮT CHO MÁY CNC
3.1. Tối ưu hoá quá trình cắt gọt.
3.1.1. Khái niệm và ý nghĩa của tối ưu hoá.
Tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt là phương pháp nghiên cứu xác định
chế độ cắt tối ưu thông qua mối quan hệ việc xây dựng mối quan hệ toán học
giữa hàm mục tiêu kinh tế với các thông số của chế độ gia công ứng với một hệ
thống giới hạn về mătỵ chất lượng, kỹ thuật và tổ chức của nhà máy.
Các bước cơ bản của việc nghiên cứu tối ưu hóa quá trình cắt gọt bao gồm:
- Xây dựng hàm mục tiêu của quá trình gia công.
- Xây dựng các giới hạn từ đó xác định miền giới hạn của bài toán
- Khảo sát, biện luận để xác định chế độ công nghệ hợp lý
3.1.2. Các hình thức tối ưu hoá.
Có hai phương pháp tối ưu hóa quá trình cắt gọt đó là tối ưu hóa tĩnh và tối ưu
hóa động
1. Tối ưu hóa tĩnh
Tối ưu hóa tĩnh hay còn gọi là tối ưu hóa trước là quá trình nghiên cứu và
giải quyết bài toán tối ưu dựa trên mô hình tĩnh của quá trình cắt.
Nhược điểm của tối ưu hóa tĩnh là không chú ý đến động lực của quá trình cắt,
nghĩa là không chú ý đến các đặc điểm mang tĩnh chất ngẫu nhiên và thay đổi
theo thời gian như:
- Độ cứng của vật liệu gia công không đồng nhất.
- Lượng dư gia công không đều.
- Lượng mòn của dao thay đổi theo thời gian
- Sau khi xác định được chế độ cắt gia công hợp lý người ta tiến hành điều chỉnh
máy làm việc theo các thông số của chế độ đó. Trong quá trình làm việc các
thông số này được điều chỉnh lại.
Do đặc điểm trên đây tối ưu hóa tĩnh chưa giải quyết vấn đề triệt để. Mặc dù vậy
ngày nay tối ưu hóa tĩnh vẫn được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi vì nó rất

thống
xử lý
nhah
Hệ thống tự động điều chỉnh
chế độ cắt
t
S
V
Nguyªn lý c¾t
Như vậy khác với tối ưu hóa tĩnh, ở tối ưu hóa động chế độ gia công
chẳng những được điều chỉnh trước mà còn được tự động điều chỉnh ngay trong
quá trình cắt.
Tối ưu hóa động giải quyết vấn đề triệt để hơn so với tối ưu hóa tĩnh nhưng cũng
phức tạp hơn tối ưu hóa tĩnh rất nhiều vì tối ưu hóa động gần gắn liền với đo
lường chủ động và điều khiển thích nghi. Tuy nhiên, do tĩnh hiệu quả của nó tối
ưu hóa động sẽ được phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ 21.
3.1.3. Cơ sở kinh tế kỹ thuật của tối ưu hoá.
Muốn thực hiện tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt phải dựa trên mối
quan hệ kinh tế - kỹ thuật được thiết lập được xuất phát từ bản chất vạt lý của
qúa trình cắtcũng như dựa trên tính chất đặc trưng của từng nguyên công. Các
mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa lực cắt, tuổi bền của dụng cụ với các
thông số công nghệ cần tối ưu là cơ sở để thực hiện tối ưu hóa quá trình gia công
cắt gọt.
1/ Mô hình lực cắt
Lực cắt tại một điểm M trên lưỡi cắt có thể phân tích thành ba thành phần
như sau:
Từ sơ đồ lựcc ắt đơn vị K được xác định như sau:
2
1
.

và số mũ k
2
phụ thuộc vào các điều kiện giữa gia công cụ thể
như vật liệu gia công, vật liệu dao, kết cấu bộ phận cắt của dụng cụ cắt, chế độ
bôi trơn và làm nguội khi cắt ...
F
z
=k
1
.b.a
1+k2
sin
k2
ϕ
Trong đó: k
1
= k
10.
k
11
...k
1i
Với k
1i
là hệ số xét tới ảnh hưởng của các yếu tố đặc trưng cho điều kiện gia
công cụ thể tới lực cắt, các gia trị k
1i
phải xác định bằng thực nghiệm:
Các thành phần F
x

Trong đó C
x
, C
y
là các hệ số mô tả mối quan hệ giữa F
x
, F
y
, với F
z
và được xác
định bằng thực nghiệm.
2/ Mô hình mài mòn dụng cụ cắt
Chiều cao sau mòn mặt sau B của dụng cụ cắt (hình 14.4) được dùng làm
chỉ tiêu đánh giá quá trình mòn. Quá trình mòn phu thuộc chủ yếu vào thời gian
cắt τ và tốc độ cắt V
Lượng mòn mặt sau B của dao được xác định như sau:
B = C
1
τ
C2
Trong đó: τ- Thời gian cắt
C
1
– hệ số
C
1
= C
0
.V

A2
S
A4
t
A6
Trong đó A
1
đến A
6
là các hệ số mũ phu thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể
và được xác định bằng thực nghiệm. Khi cắt kim loại luôn luôn có
A
1
, A
3
, A
5
> 0
A
2
, A
4
, A
6
> 0
/A
2
/ > /A
4
/ > /A

BMCNCTM Trang: 95
`
Nguyªn lý c¾t
Mô hình quá trình trên như hình vẽ
BMCNCTM Trang: 96
`
Nguyªn lý c¾t
BMCNCTM Trang: 97
`
Đại lượng vào
Quá trình
Đại lượng ra
Trang thiết bị:
- Máy
- Đồ gá
- PP gá đặt
Phôi:
- Vật liệu
- Hình dáng p
- Cơ lý tính
Dụng cụ cắt
- Vật liệu
- T/số hình
học
Ché độ c/nghệ
- chế độ cắt
- Chế độ trơn
nguội
Lực
Nhiệt

ở đây chỉ khảo sát hàm giá thành gia công K
K = f (s, v, t)  max
BMCNCTM Trang: 98
`
Nguyªn lý c¾t
a. Chỉ tiêu về thời gian
Bao gồm thời gian cơ bản τ
0
là thời gian cần thiết để bién đổi phôi thành chi tiết có
hình dạng, kích thước theo yêu cầu. Thời gian τ
0
do máy thực hiện và được xác
định dựa trên sơ đồ gia công cụ thể.
- Thời gian phụ τ
p
bao gồm:
+ Thời gian phụ của máy τ
pm
dùng điều chỉnh máy cắt đúng chiều sâu cắt t sau một
lợt cắt.
+ Thời gian phụ của dao τ
pd
là thời gian chi phí cho một lần thay dao bao gồm thời
gian tháo dao, mài lại dao và lắp dao vào vị trí làm việc.
Tổng thời gian phụ của dao
∑
pd
τ
được tính bằng tích số của thời gian chi phí cho
một lần chạy dao với số lần chạy dao:

nc =
τ
0 +
τ
p
- thời gian phục vụ τ
pv
và thời gian nghỉ ngơi tự nhiên τ
t nh
thường lấy theo phần
trăm thời gian nguyên công. Hai thành phần này ảnh hưởng rất ít tới kết quả của
baòi toán tối ưu nên cho phép bỏ qua.
- Thời gian chuẩn bị kết thúc nguyên công cũng như thời gian gá đặt chi tiết
không ảnh hưởng tới bài toán tối ưu hóa chế độ cắt nên cũng không xét đến.
Vậy chỉ tiêu kỹ thuật về thời gian τ có dạng:
phd
n
i
pMi
m
i
OMi
T
τ
τ
τττ
∑
∑
++=
=

thd
+ K
md
+ K
dm
Nếu sử dụng mảnh dao lắp ghép ta có:
K
D
= K
mc
+ K
thd
Trong đó:
K
mc
– chi phí chế tạo mảnh cắt.
BMCNCTM Trang: 100
`
K
Kvl
Kbkl
KM KL KD
Kch
Kkbd
+ Kv- Chi phí vật liệu
+ Kch- chí phí chung
+ Kcbkt- chi phí chuẩn bị và
kết thúc
Kbđ
+ KM – chi phí khấu hao máy

Z
.
2
.
1
.)
.
1
.(
π
Chi phí gia công ứng với các thành phần thời gian gia công cho biểu thức (14.17)
( có thể phân thành 2 phần:
- Chi phí trong 1 giờ làm việc, ký hiệu K
clv
(đồng/ giờ), bao gồm:
+ Chi phí khấu hao máy trong 1 giờ K
M
(đồng/ giờ)
+ Chi phí lương công nhân đứng máy 1 giờ K
L
(đồng/ giờ)
+ Chi phí phụ khác K
p
như thời gian quýet dọn chỗ làm việc lấy theo % (K
M
+K
L
)
Thành phần chi phí phụ K
p

= K
thd
+K
md
+ K
dm
Kết hợp 14.17, 14.18, 14.19 ta xấy dựng đợc hàm chi phí gia công K có dạng:
BMCNCTM Trang: 101
`
Nguyªn lý c¾t
K = K
ML
∑ ∑
= =
++
m
i
m
phdMiDphdMi
T
K
1 11
00
)
1
()(
ττττ
Dựa vào sơ đồ cắt khi tiện ta lần lượt xác định thành phần của biểu thức 14.20
Để đơn gian bài toàn ta xét trường hợp chiểu sâu cắ t không thay đổi trong quá
trình gia công, khi đó có:

i
oMi
.
.
..
.
11
1
0
======
∑
=
π
τττ
Trong đó:
L- chiều dài đoạn đường dao di chuyển gồm chiều dài phôi L
phôi
và
chiều dài dự trữ L
tới

L = L
phôi
+ L
tới
V
dọc
– Tốc độ tiến dao dọc
D
i

phoi
oi
m
i
oi
.
.
..
.
2
1
1
0
======
∑
=
π
τττ
Trong đó C
2
= π.d
i
.L
Thay biểu thức 14.12, 14.21, 14.22 và 14.25 vào 14.20 được chi phí gia công có
dạng :
BMCNCTM Trang: 102
`
Nguyªn lý c¾t



ưu chứ không quan tâm tới giá trị cực trị của hàm mục tiêu. Vì vậy, để đon giản
hóa quá trình tính toán, thay vì khảo sát hàm chi phí gia công K ta khảo sát hàm
chi phí gia công K chỉ còn biểu diễn bằng thừa số thứ hai:
11
3
21
22
)(
++
++=
AA
DpMiML
SVA
C
K
VS
C
KK
τ
Mặt khác thông số chiều sâu cắt t không có trong biểu thức 14.28 co nghĩa là
không cần tới thời gian phụ vụ của máy ở lần thứ i(τ
pMi
) để điều chỉnh lại máy cắt
đúng chiều sâu cắt sau mỗi lần cắt, do đó hàm chi phí gia công K có dạng
),()(
11
3
21
22
svk

++
Sv
C
T
KDpm
Sv
C
KML
.
2
.
1
.)
.
1
.(
τ
Biểu thức trên có nghĩa là chỉ khảo sát một lần cắt nên coi τpm = 0. Vậy hàm mục
tiêu giá thành gia công khi tiện có dạng:
BMCNCTM Trang: 103
`

Trích đoạn .Bản danh mục dụng cụ trong kho

---