Luận văn Tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện dựa trên STEP-NC(Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện dựa trên STEP-NC(Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG THỊ KIM THOA TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT THEO TUỔI BỀN DAO TIỆN DỰA TRÊN STEP-NC S K C 0 0 3 96 51 93 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 S KC 0 0 3 7 5 2 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG THỊ KIM THOA TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT THEO TUỔI BỀN DAO TIỆN DỰA TRÊN STEP-NC NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG THỊ KIM THOA TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT THEO TUỔI BỀN DAO TIỆN DỰA TRÊN STEP-NC NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 Hướng dẫn khoa học: TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trương Thị Kim Thoa Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 08 - 06 - 1983 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Phước Sơn, Tuy Phước, Bình Định Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Xóm 3, Phụng Sơn, Phước Sơn, Tuy Phước, Bình Định Điện thoại nhà riêng: 0562245617 E-mail: thoakim.truong83@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2002 đến 02/ 2006 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long Ngành học: Cơ khí Chế tạo máy 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 09/ 2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ khí Chế tạo máy Tên đồ án: Biên soạn giáo trình, bài giảng và đề thi môn máy cắt kim loại Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Tháng 8 năm 2009, tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: ThS. Trần Quốc Hùng III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 01/2010 Trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ Giáo viên khoa Cơ khí Chế đến 10/2010 thuật Vĩnh Long tạo máy Trang i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp.HCM, ngày 30 tháng 09 năm 2012 Trương Thị Kim Thoa Trang ii
6. LỜI CẢM ƠN Tôi xin gởi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô trong Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM đã dạy tôi trong thời gian qua. Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến TS. Đặng Thiện Ngôn, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn và tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn các bạn đồng môn và đồng nghiệp đã quan tâm, chia sẻ trong suốt quá trình học và làm luận văn. Xin cảm ơn gia đình đã dành cho tôi tình thương yêu và sự hỗ trợ tốt nhất. Trang iii
7. TÓM TẮT Tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao là phương pháp nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu tuổi bền dao lớn nhất với các thông số của chế độ cắt ứng với một hệ thống các giới hạn về mặt chất lượng, kỹ thuật và tổ chức của nhà máy. Đa số những hạn chế này liên quan trực tiếp đến sự phát sinh lực cắt trong suốt quá trình gia công, vì vậy tính toán chính xác chế độ cắt cho phép nâng cao tuổi bền dao, nâng cao hiệu quả gia công. Tính toán chế độ cắt tối ưu theo tuổi bền dao được trình bày trong luận văn dựa trên hình dạng mặt cắt ngang của mỗi đường dao trong quá trình gia công. Với hình dạng đường chuyển dao có sẵn trong mô hình dữ liệu STEP-NC, cho phép xác định các thông số cần thiết để tính toán tối ưu chế độ cắt để tuổi bền dao là lớn nhất. Luận văn này trình bày các bước tính toán chế độ cắt tối ưu trong tiện mặt đầu, tiện trơn trụ ngoài, tiện côn. Trang iv
8. ABSTRACT Optimized cutting by tool life is research methods to determine the optimal cutting through the construction of the mathematical relationship between the objective function tool life greatest with parameters of the cutting with a system of limits in terms of quality, technology and organization of plant. The majority of those limitations directly relate to the cutting forces generated during the machining process, since accurately calculating these cutting allowed improve tool life, improve the efficiency of processing. Calculation of the optimal cutting by tool life is presented in this paper based on the cross-sectional geometry of each tool path over the course of the machining process. With the tool path geometry available in the STEP-NC data model, allows to determine the parameters needed to calculate the optimal cutting for tool life largest. This paper presents the steps to calculate the optimal cutting on the turning end face, outer_diameter cylinder, outer_diameter cone. Trang v
9. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt ix Danh sách các hình x Danh sách các bảng xii Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1 Sơ lược về sự phát triển của ngành cơ khí chế tạo máy 1 1.2 Các khái niệm cơ bản 2 1.3 Giới thiệu về STEP-NC 4 1.4 Lý do chọn đề tài, mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 6 1.4.1 Lý do chọn đề tài 6 1.4.2 Mục tiêu 7 1.4.3 Đối tượng nghiên cứu 8 1.5 Nhiệm vụ, phạm vi nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài 9 1.5.1 Nhiệm vụ 9 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 10 1.5.3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 10 1.6 Phương pháp nghiên cứu 10 1.7 Tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài nước 11 1.7.1 Ngoài nước 11 Trang vi
10. 1.7.2 Trong nước 12 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Lực cắt trong quá trình gia công 14 2.2 Mặt cắt ngang đường chuyển dao 14 2.3 Tham số hóa mặt cắt ngang đường chuyển dao 15 2.4 Điều kiện của hệ thống máy 16 2.5 Động lực học hệ thống máy 17 2.6 Các cách tối ưu hóa chế độ cắt 18 2.6.1 Tối ưu hóa lượng chạy dao dựa trên lực cắt 18 2.6.2 Tối ưu hóa dựa trên tuổi bền dao 20 2.6.3 Tối ưu hóa dựa trên khối lượng 21 2.6.4 Tối ưu hóa dựa trên hằng số phoi 23 2.6.5 Tối ưu hóa dựa trên chi phí gia công 25 Chương 3. CHUẨN STEP-NC 27 3.1 Cấu trúc chương trình STEP-NC 27 3.1.1 Phần khai báo (HEADER) 28 3.1.2 Viết phần dữ liệu (DATA) 28 3.1.3 Bắt đầu kế hoạch gia công (Project) 28 3.1.4 Trình tự gia công (Workplan) 29 3.1.5 Định nghĩa nguyên công (Workingstep) 30 3.1.6 Thông tin về phôi (Workpiece) 30 3.1.7 Mặt phẳng tham chiếu vị trí dao (Security_plane) 32 3.1.8 Chức năng gia công (Machining_function) 32 3.1.9 Dụng cụ cắt (Machine_tool) 34 3.1.10 Công ghệ gia công (Technology_description) 36 3.1.11 Chiến lược gia công (Strategy) 36 3.1.12 Thông tin gá kẹp 37 3.2 Chương trình gia công chi tiết 37 Chương 4. MÔ HÌNH BÀI TOÁN VÀ CÁCH GIẢI 39 Trang vii
11. 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi bền dao 39 4.1.1 Ảnh hưởng của tốc độ cắt V đến tuổi bền dao 39 4.1.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến tuổi bền dao 40 4.1.3 Ảnh hưởng của chiều rộng cắt b đến tuổi bền dao 41 4.2 Thiết lập mô hình bài toán 42 4.2.1 Hàm mục tiêu 42 4.2.2 Phương trình rang buộc 45 4.3 Cách giải 51 4.3.1 Lấy thông tin từ chương trình STEP-NC 52 4.3.2 Ứng dụng Matlab để giải bài toán 57 4.3.3 Kết quả tính toán tối ưu chế độ cắt 58 4.3.4 Hiệu chỉnh chương trình STEP-NC 58 4.4 Tính toán thời gian gia công cơ bản 59 4.4.1 Tính toán với chế độ cắt chưa tối ưu 59 4.4.2 Tính toán với chế độ cắt tối ưu 63 Chương 5. THỬ NGHIỆM 68 5.1 Chọn máy 68 5.2 Chọn dao 69 5.3 Chọn mẫu 69 5.4 Số lần thí nghiệm 70 5.5 Cách tiến hành thí nghiệm 70 5.5.1 Thí nghiệm với chế độ cắt chưa tối ưu 70 5.5.2 Thí nghiệm với chế độ cắt tối ưu 72 5.6 Đánh giá 74 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 1 77 PHỤ LỤC 2 80 PHỤ LỤC 3 87 Trang viii
12. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CAD: Computer- Aided Design CAM: Computer- Aided Manufacturing AI: Actifial Intelligence PC: Programmable Controller PLC: Programmable Logic Controller CNC: Computerized Numerical Controllers IMS: Intelligent Manufacturing Systems Trang ix
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Diện tích mặt cắt ngang lát cắt trong quá trình gia công tiện 14 Hình 2.2: Những thông số mặt cắt ngang trong tiện 15 Hình 2.3: Lượng chạy dao tối ưu suy ra từ lực cắt 18 Hình 2.4: Lượng bù bán kính phoi vát mỏng bằng cách tối ưu hóa hằng số phoi 23 Hình 2.5: Lượng bù dọc trục phoi vát mỏng bởi tối ưu hóa hằng số phoi 23 Hình 3.1: Cấu trúc chương trình STEP-NC 26 Hình 3.2: Chi tiết gia công 36 Hình 4.1: Quan hệ giữa độ mòn dao, tốc độ và thời gian cắt 38 Hình 4.2: Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền dao T 39 Hình 4.3: Quan hệ giữa tuổi bền dao và lượng chạy dao 40 Hình 4.4: Tuổi bền dao T ứng với [hs] 41 Hình 5.1: Máy tiện CHATLES 68 Hình 5.2: Dao tiện 69 Hình 5.3: Hình dạng phôi 69 Hình 5.4: Kích thước chi tiết gia công 70 Hình 5.5: Tiện thô mặt đầu với chế độ cắt chưa tối ưu 70 Hình 5.6: Tiện tinh mặt đầu với chế độ cắt chưa tối ưu 70 Hình 5.7: Tiện thô trụ ngoài Φ80 với chế độ cắt chưa tối ưu 71 Hình 5.8: Tiện tinh trụ ngoài Φ80 với chế độ cắt chưa tối ưu 71 Hình 5.9: Tiện thô côn với chế độ cắt chưa tối ưu 71 Hình 5.10: Tiện tinh côn với chế độ cắt chưa tối ưu 71 Hình 5.11: Tiện thô mặt đầu với chế độ cắt tối ưu 72 Hình 5.12: Tiện tinh mặt đầu với chế độ cắt tối ưu 72 Hình 5.13: Tiện thô trụ ngoài Φ80 với chế độ cắt tối ưu 72 Trang x
14. Hình 5.14: Tiện tinh trụ ngoài Φ80 với chế độ cắt tối ưu 73 Hình 5.15: Tiện thô côn với chế độ cắt tối ưu 73 Hình 5.16: Tiện tinh côn với chế độ cắt tối ưu 73 Trang xi
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: So sánh các cách tối ưu 25 Bảng 4.1: So sánh chế độ cắt tối ưu và chưa tối ưu 67 Trang xii
16. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược về sự phát triển của ngành cơ khí chế tạo máy Khoa học và công nghệ cơ khí chế tạo của thế giới trong thế kỷ XX và XXI đã có những bước phát triển vượt bậc nhờ ứng dụng các công nghệ hiện đại như: công nghệ thông tin, vật liệu nano, tự động hoá, Trong kinh tế, ngành công nghiệp cơ khí chế tạo vẫn đóng vai trò chủ đạo, góp phần làm thay đổi diện mạo thế giới, với trên 20 triệu doanh nghiệp đang hoạt động trên các châu lục, chiếm tới 28% số lượng việc làm và đóng góp 25% giá trị tổng sản phẩm của thế giới. Sự đổi mới liên tục của CAD/CAM đã giúp cho các nhà chế tạo tiết kiệm về tài chính, thời gian, nguồn lực, vì CAD và CAM đều là những phương pháp dựa vào máy tính để mã hoá dữ liệu hình học, nên tạo khả năng cho các quy trình thiết kế và chế tạo được tích hợp cao độ. Hệ CAD tất nhiên không hiểu được các khái niệm của thế giới thực, chẳng hạn như bản chất hay chức năng của đối tượng được thiết kế. Hệ CAD thi hành chức năng của mình nhờ khả năng mã hoá các khái niệm hình học. Do vậy, quá trình thiết kế dựa vào CAD liên quan đến việc chuyển ý tưởng của người thiết kế thành mô hình hình học. Các nhược điểm khác của CAD đang được khắc phục nhờ R&D trong lĩnh vực hệ chuyên gia. Lĩnh vực này được hình thành từ các nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo AI. Một ví dụ về hệ chuyên gia bao hàm việc kết hợp thông tin về bản chất của vật liệu, trọng lượng, ứng lực, độ bền, độ dẻo vào phần mềm CAD. Nhờ tích hợp được các dữ liệu đó và những dữ liệu khác vào phần mềm nên hệ CAD có thể biết được những gì mà người kỹ sư biết khi người đó tạo ra một bản vẽ thiết kế. Sau đó, CAD có thể bắt chước cách nghĩ của người kỹ sư và thực hiện công việc thiết kế. Do công nghệ CAD/CAM ngày càng hoàn thiện nên đã tạo cơ sở phát triển các công nghệ gia công. Từ thập kỷ 90 đến nay: việc sử dụng công nghệ CAD/CAM đã cho phép chế tạo sản phẩm cơ khí nhanh hơn, chế tạo các loại máy công cụ có tốc độ cao, chính Trang 1
17. xác, thông minh và hiệu quả hơn. Năm 1995, sử dụng rộng rãi thiết bị điều khiển máy công cụ dựa vào PC, phục vụ cả các chức năng PLC và CNC. Cũng trong năm 1995, chương trình Quốc tế IMS với sự tham gia của 300 công ty, viện nghiên cứu của: Canada, Mỹ, EU, Nhật Bản, Hàn Quốc và Thụy Sĩ. Gia công cơ khí trên máy CNC ngày càng phổ biến và đem lại những lợi ích rất lớn về mặt kỹ thuật lẫn kinh tế. Tuy nhiên hầu hết các máy móc, thiết bị này đều hiện đại và đắt tiền, do đó nếu xảy ra sự cố trong quá trình gia công thì chi phí sửa chữa khắc phục sẽ rất lớn. Để giảm thiểu tối đa những rủi ro trong sản xuất cũng như nâng cao năng suất gia công, giảm giá thành sản phẩm thì việc sử dụng một phần mềm để dự đoán những sai hỏng và tối ưu hóa quá trình gia công là cần thiết. 1.2 Các khái niệm cơ bản Tiện là quá trình dùng dụng cụ cắt (dao tiện) để loại bỏ vật liệu dư thừa từ một dạng nguyện liệu ban đầu (phôi) để tạo ra một hình dạng mong muốn (chi tiết gia công), trong đó phôi quay tròn và dao chuyển động tịnh tiến. Hiệu quả của quá trình này thường được đánh giá bởi khối lượng của vật liệu được loại bỏ trong một thời gian nhất định, thường gọi là tỷ lệ loại bỏ vật liệu. Tuổi bền của dụng cụ (T) là khoảng thời gian làm việc liên tục của dao cho đến khi phải mài lại (tính theo phút), có nghĩa là thời gian giữa hai lần mài lại. Đôi khi để biểu thị khả năng công nghệ thì tuổi bền của dụng cụ được tính theo mét của quãng đường cắt được theo số lượng chi tiết được gia công giữa hai lần mài dao. Tuổi bền của dụng cụ và quá trình mài mòn có quan hệ với nhau. Cường độ mòn càng lớn thì tuổi bền càng nhỏ. Tuổi bền biểu thị số lượng của cường độ mòn của dụng cụ, do đó nó thay đổi khi thay đổi điều kiện cắt, có nghĩa là thay đổi chế độ cắt, các thông số hình học của dụng cụ, dung dịch trơn nguội . Một trong những yếu tố xác định tuổi bền của dụng cụ là tốc độ cắt. Các yếu tố của chế độ cắt Trang 2
18. - Vận tốc cắt (V) là khoảng dịch chuyển tương đối của một điểm trên dao so với vật gia công trong một đơn vị thời gian. - Lượng chạy dao (S) là khoảng dịch chuyển của dao theo phương dọc (hoặc ngang) của dao sau một vòng quay của vật gia công. - Chiều sâu cắt (t) là bề dày lớp kim loại bị cắt đi trong mỗi lần chạy dao. Tối ưu hóa chế độ cắt theo tuổi bền dao tiện là phương pháp nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu tuổi bền dao với các thông số của chế độ gia công ứng với một hệ thống các giới hạn về mặt chất lượng, kỹ thuật và tổ chức của nhà máy. Mỗi quá trình gia công đều có một bản ghi những hạn chế ràng buộc xác định khả năng gia công của hệ thống thiết bị, bao gồm thành phần cấu tạo chính của thiết bị, trục chính, bàn dao và dụng cụ cắt. Sau đây là danh sách các hạn chế thường gặp nhất trong hệ thống gia công: - Độ bền vững cấu trúc thiết bị - Momen quay trục chính, năng lượng và khoảng điều chỉnh tốc độ - Khả năng chịu tải của trục chính - Công suất trục truyền động - Hạn chế momen uốn và momen xoắn của bàn dao - Độ cứng vững và tính chống hao mòn của dụng cụ - Ảnh hưởng độ lệch kích thước đến độ võng dụng cụ cắt - Đặc tính truyền động của dụng cụ cắt, bàn dao và trục chính. Những ràng buộc này bao gồm những dạng khác nhau của hệ thống thiết bị, chúng có liên quan trực tiếp đến sự phát sinh lực cắt trong quá trình gia công nên ảnh hưởng đến tuổi bền dao [9]. 1.3 Giới thiệu về STEP-NC Trong vài thập kỷ gần đây, số lượng các hệ CNC tăng vọt trong mọi lĩnh vực sản xuất. Nhược điểm chung của chúng là: các thông số công nghệ như vận tốc cắt và Trang 3
19. lượng chạy dao được áp đặt bởi người lập trình và phụ thuộc vào kinh nghiệm, hiểu biết của người lập trình. Do đó trong quá trình lập trình gia công gây ra những sai sót nhất định do tính chủ quan lẫn kinh nghiệm của con người. Cho đến nay, khối lượng sản phẩm cơ khí phải qua gia công bằng cắt gọt vẫn chiếm tỷ lệ cao nhất trong các phương pháp gia công kim loại. Cắt gọt là phương pháp hàng đầu về khả năng đáp ứng độ chính xác kích thước, độ phức tạp về hình dạng và chất lượng bề mặt chi tiết gia công. Đó là lý do khiến các công nghệ tiên tiến, có trợ giúp của máy tính (CAD/CAM-CNC) phát triển sớm nhất và mạnh mẽ nhất trong lĩnh vực này. Nhờ tích hợp được các thành tựu mới trong kỹ thuật điều khiển và máy tính mà các hệ điều khiển CNC hiện tại có nhiều tính năng vượt trội. Tuy nhiên, về bản chất điều khiển trên các máy CNC hiện nay vẫn chỉ là điều khiển “tĩnh” với các tham số hệ thống không đổi. Biểu hiện của nó về mặt công nghệ là tốc độ cắt và tốc độ chạy dao được thiết đặt cố định bởi lệnh trong chương trình NC và được duy trì cho đến khi có lệnh thiết đặt giá trị mới. Trong công nghệ CAD/CAM-CNC, điều khiển CNC thông minh được hiểu như là 1 máy CNC thông minh có chức năng: - Dữ liệu chuyển động dao cắt: thay vì dữ liệu chuyển động các trục được chuyển tới máy CNC, hệ CNC thông minh có khả năng chuyển đổi quỹ đạo chạy dao tới chuyển động các trục của máy CNC. - Thông tin mức cao: đặc tính chi tiết, vật liệu, dao cắt, kích thước, dung sai được gửi tới máy CNC. - Thông tin này sẽ được gửi đi bằng cách sử dụng một chuẩn dữ liệu “STEP - NC” AP 238. Trong những năm 1970 với sự phát triển của CNC và sự phát triển nhanh chóng của công nghệ CAD/CAM trong hơn một thập kỷ trước, những tiến trình quan trọng đã được thực hiện trong sản xuất tự động các chi tiết cơ khí. Tuy nhiên, ngôn ngữ lập trình được sử dụng trong công nghiệp để điều khiển máy vẫn giữ giống như với chuẩn ban đầu được biết là G và M code (ISO 6983) dựa trên sự mô Trang 4
20. tả chuyển động của dụng cụ cắt và những lệnh tắt/mở. Một tiêu chuẩn quốc tế ngày nay, tên là ISO 14649 và được biết đến là STEP-NC đang được phát triển để cung cấp một giao diện cách mạng cho sự tích hợp CAD/CAM sử dụng một loại ngôn ngữ được phát triển từ chuẩn STEP (ISO 10303). Không giống như G và M code chỉ lập trình cho chuyển động của trục máy và công tắc hành trình, STEP-NC còn là một mô hình hóa dữ liệu hoàn chỉnh mà nó liên kết đối tượng gia công (dữ liệu thiết kế CAD) với giải pháp công nghệ (dữ liệu qui trình gia công CAM yêu cầu) theo hướng đối tượng. Và kết quả là một chương trình STEP-NC giống với một hoạch định quá trình chi tiết hơn là một thủ tục quá trình gia công. Trong một chương trình như vậy, dữ liệu sản xuất cho một chi tiết được tổ chức như là một dự án về những hình dạng hình học sẽ được gia công, các bước gia công (nguyên công cụ thể) cần thiết cho mỗi đặc tính, các yêu cầu công nghệ và thứ tự công việc (mục đích là để cung cấp thông tin cho máy CNC). Ngôn ngữ cấp cao và hướng đối tượng này làm cho chương trình gia công dễ dàng sử dụng mà không cần phải thay đổi nhiều trên nhiều máy CNC. Quan trọng hơn nữa, nó được xây dựng như là một phản hồi thông tin hai chiều giữa CAD/CAM và hệ thống CNC. Mục tiêu của STEP-NC là bao hàm hết toàn bộ phạm vi của sản xuất trực tuyến. Một mô hình dữ liệu mới STEP-NC đã được phát triển để thay thế cho mô hình tiêu chuẩn mã G&M cũ cho quá trình tiện, phay, tia lửa điện (EDM). Một mô hình dữ liệu mới đã được thiết lập, phát triển và bổ sung để những hệ thống CAD/CAM/CNC tương thích với mô hình dữ liệu kiểu mới đang được chú ý này. STEP-NC là một mô hình mới chuyển đổi dữ liệu giữa các hệ thống CAD/CAM và máy CNC. Mã G-code chỉ thể hiện sự di chuyển các trục, tốc độ quay trục chính, chiều sâu ăn dao, vị trí dụng cụ trong ổ dao, hệ thống làm mát. Với các thông tin đó thì rất khó khăn cho người vận hành máy nắm được là nó đang thực hiện nguyên công nào, điều kiện máy, dao đang gia công, muốn nắm được những điều trên thì người vận hành phải đọc hết chương trình gia công. Chính vì thế nó là điều không thể để cho bộ điều khiển thực thi một cách thông minh hoặc dừng Trang 5
21. chương trình trong trường hợp khẩn cấp với những thông tin giới hạn đó. Ngược lại STEP-NC bao gồm thông tin chức năng được yêu cầu. Ví dụ như bước làm việc, đặc tính gia công, chu trình gia công, dụng cụ gia công, quỹ đạo gia công, chức năng máy và phôi. STEP-NC còn chứa đựng trong nó thông tin thiết lập như mô hình hình học, quá trình lập kế hoạch. STEP-NC cho phép bỏ qua các hệ thống CAM và chuyển dữ liệu trực tiếp đến máy CNC. Sự mở rộng xử lí các thông tin này có thể mở rộng khả năng điều khiển hoạt động trên máy công cụ CNC. STEP-NC là một mô hình mở rộng có sự tích hợp giữa thông tin thiết kế và thông tin sản xuất: trong đó bao gồm vật liệu gia công, dụng cụ cắt, độ chính xác, tốc độ quay dao, và các tham số chương trình. 1.4 Lý do chọn đề tài, mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 1.4.1 Lý do chọn đề tài Do tiến bộ của khoa học - công nghệ, các trang thiết bị dùng cho quá trình gia công cắt gọt ngày càng hiện đại dẫn tới vốn đầu tư cho sản xuất ngày càng tăng. Nếu chế độ công nghệ không hợp lý sẽ không khai thác hết khả năng của thiết bị, gây lãng phí lớn và hiệu quả thu được sẽ không bù đủ cho chi phí sản xuất, đặc biệt là chi phí khấu hao thiết bị. Vì vậy, một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để giảm chi phí gia công là phải nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công ứng với các điều kiện gia công cụ thể để cung cấp dữ liệu cho việc chuẩn bị công nghệ. Sử dụng chế độ cắt tối ưu góp phần tăng tuổi bền dụng cụ từ 10 † 15%, tăng năng suất từ 8 † 10%. Tối ưu hóa quá trình cắt gọt được nghiên cứu và phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp tiên tiến như: Đức, Mỹ, Nhật, Thụy Sĩ, Pháp, Ở những nước này song song với việc nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt người ta tiến hành xây dựng ngân hàng dữ liệu về chế độ gia công cơ để tạo cơ sở cho việc tự động hóa chuẩn bị công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất. Trang 6