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. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Anh Trí ii CẢM TẠ Em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của Cô Nguyễn Thị Hồng Minh, Viện phó Viện cơ khí, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, dù Cô rất bận rộn và xa cách về mặt địa lý nhưng Cô đã luôn tạo những điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành luận văn này. Em cũng xin kính gởi lời cảm ơn đến thầy Lê Hiếu Giang, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM đã tạo điều kiện cho em có thể tiếp cận hướng nghiên cứu mới.
Con xin gửi lòng biết ơn chân thành nhất đến bố mẹ, chị, em gái và gia đình đã luôn bên cạnh, động viên con trong suốt thời gian này. Cuối cùng em xin cám ơn tất cả những người bạn đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. iii TÓM TẮT Ngày này những sản phẩm kim loại tấm đã được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Trong đó, chi tiết được tạo thành bằng cách uốn theo những đường uốn thẳng trên tấm kim loại phẳng đã được trải mẫu theo bản vẽ thiết kế tương ứng.
Thiết kế quy trình công nghệ cho chi tiết uốn bao gồm các nhiệm vụ có mối quan hệ mật thiết với nhau, như trải mẫu, tính toán các thông số gia công và lựa chọn dụng cụ, lập thứ tự uốn và xác định dung sai. Trong luận văn này, vấn đề về lựa chọn dụng cụ sẽ được đề cập đến. Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp, độ phức tạp của chi tiết cũng như sự đa dạng của dụng cụ uốn cũng gia tăng đáng kể. Thực tế này đã gây khó khăn trong việc lựa chọn những dụng cụ thích hợp và không gây va đập cho các đường uốn dựa trên quá trình mô tả về chi tiết.
Trong khi đó, mối quan hệ qua lại giữa lựa chọn dụng cụ và thứ tự uốn đã làm cho việc lựa chọn dụng cụ tự động trở thành một bài toán không dễ dàng. Luận văn đưa ra một hướng giải quyết nhằm làm giảm sự phức tạp của vấn đề như sau : lựa chọn dụng cụ sẽ được tiến hành theo hai bước, đó là tiền lựa chọn và lựa chọn tinh. Trong bước tiền lựa chọn, những dụng cụ sẽ được lựa chọn trước dựa trên việc phân tích hình dáng chi tiết cũng như hình dáng dụng cụ. Bằng cách phát hiện ra các đặc trưng hình học địa phương tồn tại trong chi tiết uốn, lượng hóa các đặc trưng hình học địa phương này để tìm ra những dụng cụ thích hợp, loại bỏ được những dụng cụ có thể gây ra va đập khi gia công những đặc trưng hình học địa phương đó.
Mặc dù những dụng cụ được lựa chọn trước theo các trên cho phép tránh được hầu hết các va đập, nhưng những va đập phụ có thể xuất hiện vì dụng cụ được lựa chọn dựa trên các đặc trưng hình học địa phương chưa lường trước được những va đập gây ra dựa trên hình dạng tổng thể của chi tiết một cách tức thời trong suốt quá trình uốn. Vì thế bước lựa chọn tinh sẽ lọc lại các dụng cụ đã được lựa chọn trước bằng cách xem xét các thông tin phản hồi từ mỗi bước của thứ tự uốn. Trong suốt giai đoạn này, dữ liệu va đập giữa dụng cụ và chi tiết sẽ được ghi nhận iv lại và được xử lý để đưa ra thêm các yêu cầu bổ sung về thông số dụng cụ cho quá trình lựa chọn. Vì vậy sau bước này, những dụng cụ được lựa chọn sẽ tương thích với hình dạng tổng thể của chi tiết trong toàn bộ quá trình uốn.
Trong luận văn, những thuật toán sẽ được đề xuất nhằm giúp phát hiện nhanh các đặc trưng hình học địa phương cũng như cách thức lượng hóa chúng. Đồng thời luận văn cũng sử dụng phần mềm MATLAB làm công cụ cho quá trình lựa chọn dụng cụ tự động. Chương trình MATLAB được thực hiện qua bốn bước : bước đầu tiên sẽ tìm ra các đặc trưng hình học địa phương tồn tại trong chi tiết; bước thứ hai sẽ lượng hóa các đặc trưng hình học địa phương đã được tìm ra ở bước thứ nhất, kết quả đưa ra là các dụng cụ thỏa mãn với từng loại đặc trưng hình học địa phương, giúp loại bỏ đi các dụng cụ không phù hợp, đây cũng là bước tiền lựa chọn; bước thứ ba sẽ tìm tọa độ các điểm dễ xảy ra va đập với một thứ tự uốn nhất định đã được lựa chọn trước; bước thứ tư sẽ lấy kết quả từ bước thứ hai và bước thứ ba để tiến hành lựa chọn tinh lần cuối, kết quả đưa ra là các dụng cụ thỏa mãn với tất cả các đường uốn và phù hợp với quá trình uốn được lựa chọn. v ABSTRACT Sheet metal products are widely used in various industries nowadays.
Among those, bent parts are made by performing linear bends on the sheet metal blanks prepared arccording to the unfolding of the corresponding designs. Process planning for bent parts consists of closely related tasks, such as unfolding generation, operation parameters and tool selection, bend sequencing and tolerance verification. Aiming at an automated process planning (CAPP) for bent parts, the aspects of tool selection has been tackled in this study. Regarding the aspect of tool selection, due to the requirements in the industry, both part complexity and tool variety for bending have increased.
This fact hinders a simple mapping between compatible and collision-free tools to bend lines merely based on part descriptions. Meanwhile, the interrelation between tool selection and bend sequencing makes automated tool selection a combinatorial problem. This research will give a strategy to downscale the problem complexity : tool selection will be executed by two steps : preselection and refined selection. In the first step, tools will be selected based on analyzing the part geometry and tool geometry.
By detecting local details, and evaluating them to find the suitable tools, eliminate the tools can make collision. Even though the preselected tools allow avoiding most collisions, additional collisions often happen since the tools selected based on the local details cannot take into account the global geometry of the intermediate part during processing. The second step thus refines the preselected set by the data feedback from the bend sequencing module. During this procedure, the collision data between the tool and the part are recorded and processed to derive additional requirements for the tools.
The tools used are therefore adjusted based on the global geometry of the part during bending. In this research, algorithms will be presented to help finding the local details quickly and evaluating them. In addition, this research uses MATLAB software for automated tool seletion. The MATLAB programs have four steps : in step one, local vi details residing in the part will be detected; in step two, these local details are evaluated to find the suitable tools with each local detail; in step three, the coordinate of collision points between part and tool will be calculated based on a certain bending sequence; step four is the refined selection step and the selected tool will adjust with global geometry of the part.
vii MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN. ii CẢM TẠ. vi MỤC LỤC.
viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. xi DANH SÁCH CÁC HÌNH. xii DANH SÁCH CÁC BẢNG. xiv CHƢƠNG 1.
Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố. Nguyên công uốn kim loại tấm. Lập kế hoạch sản xuất với sự trợ giúp của máy tính trong nguyên công uốn kim loại tấm. Mục tiêu của luận văn.
Giới hạn luận văn. Phƣơng pháp nghiên cứu. Kết cấu của luận văn. Tiểu kết chƣơng 1.
Điều kiện cứng trong việc lựa chọn dụng cụ. Điều kiện công nghệ. Điều kiện hình học. Điều kiện mềm trong lựa chọn dụng cụ.
Vấn đề va đập trong nguyên công uốn kim loại tấm. Các bƣớc chiến lƣợc trong việc lựa chọn dụng cụ. Tiểu kết chƣơng 2. 31 viii KHẢ NĂNG TRÁNH VA ĐẬP CỦA DỤNG CỤ TRONG NGUYÊN CÔNG UỐN KIM LOẠI TẤM.
Các phƣơng thức xác định dụng cụ khả thi. Không gian tiếp cận của dụng cụ. Biên dạng dụng cụ tổng quát. Các thông số của biên dạng C.
Tiểu kết chƣơng 3. 41 ĐẶC TRƢNG HÌNH HỌC ĐỊA PHƢƠNG VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG HÌNH HỌC ĐỊA PHƢƠNG. Định nghĩa đặc trƣng hình học địa phƣơng. Mô tả và phân loại các đặc trƣng hình học địa phƣơng.
Các va đập tiềm tàng. Xác định các đặc trƣng hình học địa phƣơng. Xác định đặc trưng hình học địa phương U và Z. Xác định đặc trưng hình học địa phương Ω.
Tiểu kết chƣơng 4. 50 LỰA CHỌN DỤNG CỤ DỰA TRÊN VIỆC ĐÁNH GIÁ CÁC GIÁ TRỊ CỦA CÁC ĐẶC TRƢNG HÌNH HỌC ĐỊA PHƢƠNG. Các kiểu va đập. Cơ sở cho việc nhận dạng kiểu va đập trong các giai đoạn khác nhau của việc lựa chọn dụng cụ.
Xác định hướng va đập. Các kiểu va đập cho các đặc trưng hình học địa phương. Quá trình đánh giá. Các yếu tố đầu vào cho quá trình đánh giá.
Quy trình đánh giá. Lưu đồ biểu diễn quá trình lựa chọn dụng cụ tổng quát. Tiểu kết chƣơng 5. 66 TRIỂN KHAI THUẬT TOÁN.
Mô hình hóa các bƣớc trong chƣơng trình MATLAB. Xác định các đặc trưng hình học địa phương. Lượng hóa các đặc trưng hình học địa phương. Lựa chọn dụng cụ dựa vào thứ tự uốn đã được lựa chọn trước.
Áp dụng phần mềm MATLAB giải các bài toán cụ thể. 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 138 Phụ lục 1 : Xác định các đặc trưng hình học địa phương U, Z, Ω. 138 Phụ lục 2 : Lượng hóa các đặc trưng hình học địa phương tồn tại trong chi tiết.
140 Phụ lục 3 : Xác định tọa độ các điểm va đập thực tế theo thứ tự uốn đã chọn. 184 Phụ lục 4 : Lựa chọn dụng cụ theo thứ tự uốn đã chọn. 191 Phụ lục 5 : Hình dạng và thông số các loại chày. 289 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Định nghĩa 2D Hai chiều 3D Ba chiều CAPP Lập kế hoạch sản xuất với sự trợ giúp của máy tính CAD Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAM Gia công với sự trợ giúp của máy tính CNC Điều khiển theo chương trình số xi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Phân loại các nguyên công trong dập tấm 1 Hình 1.2: Công dụng của các sản phẩm uốn kim loại tấm trong đời sống 2 Hình 1.