Xây dựng công cụ hỗ trợ dự đoán chất lượng bề mặt đạt được khi gia công trên máy phay vạn năng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN ĐỨC LONG XÂY DỰNG CƠNG CỤ HỖ TRỢ DỰ ĐỐN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ĐẠT ĐƯỢC KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY VẠN NĂNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2022 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN ĐỨC LONG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ DỰ ĐOÁN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ĐẠT ĐƯỢC KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY VẠN NĂNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 8520103 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN PHẠM THẾ NHÂN Đà Nẵng - Năm 2022 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Nguyễn Đức Long THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu XÂY DỰNG CƠNG CỤ HỖ TRỢ DỰ ĐỐN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ĐẠT ĐƯỢC KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY VẠN NĂNG Học viên: Nguyễn Đức Long Chuyên Ngành Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 8520103 Khóa: 41 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Trong nghiên cứu này, tiến hành khảo sát thực nghiệm máy phay vạn 6P11 gia công thép C45 Tiến hành gia công với chế độ cắt khác tiến hành đo độ nhám mẫu sau thực nghiệm Nhờ vào phương pháp bình phương nhỏ xây dựng hàm hồi quy độ nhám bề mặt ảnh hưởng thông số chế độ cắt Phương trình độ nhám thu từ mối tương quan thông số khác nhau, lượng tiến dao (f), tốc độ quay (n) chiều sâu cắt (ap) Sau có phương trình hồi quy, giao diện phần mềm xây dựng dựa ngôn ngữ lập trình Visual Studio để dự đốn độ nhám bề mặt máy phay vạn tạo Ngoài việc tài liệu tham khảo hữu ích cho việc lựa chọn chế độ cắt, giúp đáng kể thời gian cơng sức cho q trình xử lý, dể dàng dự đoán độ nhám bề mặt đạt trước gia cơng, nâng cao suất lao động Từ khóa – Máy phay; Độ nhám bề mặt (Rz); Chế độ cắt; Phương pháp bình phương nhỏ BUILDING A SURFACE ROUGHNESS PREDICTION TOOL WHEN MACHING ON A UNIVERSAL MILLING MACHINE Abstract - In this study, conducting an experimental survey on the universal milling machine 6P11 when processing C45 steel Conduct machining with different cutting modes and measure the roughness of the samples after testing Thanks to the least squares equation, the regression functions of the surface roughness are built which are affected by the cutting mode parameters The roughness equation is obtained from the correlation between various parameters, such as feedrate (f), rotational speed (n) and Feature depth (ap) After having the regression equations, the software interface is built based on the Visual Studio programming language to predict the surface roughness generated by the universal milling machine In addition to being a useful reference for cutting mode selection, greatly reducing processing time and effort, it is easy to predict the surface roughness achieved prior to machining, thereby improving high labor productivity Key word - Milling machine; Surface roughness (Rz); Cutting modes; Least Squares Method THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT KIM LOẠI .1 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Các đặc trưng gia công 1.2.1 Các khái niệm 1.2.2 Bề mặt gia công .8 1.2.3 Các phương pháp gia công .10 1.2.4 Các chuyển động trình gia cơng 11 1.3 Phương pháp phay 12 1.3.1 Khái niệm 12 1.3.2 Các yếu tố chế độ cắt phay .13 1.3.3 Phay thuận phay nghịch 14 1.3.4 Đồ gá để định vị kẹp chặt chi tiết 14 1.3.5 Dung dịch trơn nguội phay 15 1.4 Chất lượng bề mặt chi tiết gia công .15 1.4.1 Các yếu tố đặc trưng 15 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt .18 1.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công 19 1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ biến cứng bề mặt 21 1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt 22 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA XỨ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP BÌNH PHƯƠNG NHỎ NHẤT 24 2.1 Thiết kế thực nghiệm 24 2.1.1 Khái niệm lịch sử phát triển thiết kế thực nghiệm 24 2.1.2 Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm .25 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG nội Lưu hành 2.1.3 Các loại quy hoạch thực nghiệm 26 2.2 Phương pháp bình phương nhỏ 28 2.2.1 Phuơng trình hàm xấp xỉ đa thức .29 2.2.2 Phương trình hàm dạng Aeax .30 2.2.3 Phương trình hàm có dạng Ax k .30 2.2.4 Phương trình hàm lượng giác 31 2.3 Một số nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng bề mặt .32 Chương THỰC NGHIỆM GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY 6P11 37 3.1 Lựa chọn thiết bị gia công thực nghiệm .37 3.2 Chế độ cắt dùng thực nghiệm 39 3.3 Kết đo thực nghiệm độ nhám bề mặt 41 Chương XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH DỰ ĐỐN CHẾ ĐỘ CẮT 45 4.1 Lựa chọn mơ hình hồi qui 45 4.2 Xử lý kết thực nghiệm 45 4.2.1 Kết thực nghiệm cắt thép C45 dao thép gió (HSS) Ф= 22 (mm) .46 4.2.2 Kết thực nghiệm cắt thép C45 dao hợp kim Ф = 31.5 (mm) 54 4.2.3 Kết thực nghiệm cắt thép C45 với dao phay mặt đầu gắn mảnh Ф= 80 (mm) 61 4.3 Phân tích ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám chi tiết gia công 67 4.3.1 Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt sử dụng dao thép gió HSS Ф=22 (mm) .67 4.3.2 Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt sử dụng dao hợp kim Ф=31.5 (mm) 68 4.3.3 Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt sử dụng dao phay mặt đầu Ф=80 (mm) 69 4.4 Xây dựng giao diện chương trình tính tốn dự đốn chất lượng bề mặt đạt .70 4.4.1 Giao diện chương trình tính tốn dự đoán 70 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu Chương ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .75 5.1 Đánh giá độ nhám Rz chương trình dự đốn chất lượng bề mặt 75 5.1.1 Bảng thống kê giá trị Rz gia công thử sử dụng chương trình dự đốn .75 5.1.2 Nhận xét .78 5.2 Kết luận .79 5.3 Hướng phát triển đề tài 79 DANH MỤC TẠI LIỆU THAM KHẢO… ……………………………….82 PHỤ LỤC ………………………………………………………………………….84 A Mã code Đồ thị quan hệ Rz với f n Mã code Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Rz với f n với dao thép gió Ф=22 (mm)………………… ………………………………………………………… 74 Mã code Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Rz với f n với dao hợp kim Ф=31.5 (mm)………………………… ………………………………………….74 Mã code Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Rz với f n với dao phay mặt đầu Ф=80 (mm)…………………… … …………………………………….………75 B Mã code chương trình dự đốn Mã code chương trình lập trình giao diện Visual Studio (Program.cs)…… .76 Mã code chương trình lập trình đăng nhập Visual Studio (form1.cs)……… 76 Mã code chương trình lập trình tính tốn phương trình (form2.cs)……….… 77 C Các hình ảnh thực nghiệm THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu Danh mục ký hiệu Ký hiệu Định nghĩa Ra Độ nhấp nhôn bề mặt trung bình Rz Độ nhấp nhơn bề mặt trung bình Vc Vận tốc cắt f Lượng tiến dao n Tốc độ quay trục ap Chiều sâu cắt COЖ Dung dịch trơn nguội  Góc tác động HSS Thép gió φ Góc nghiêng Danh mục bảng Trang Bảng 1.3 Cấp độ nhẵn bóng bề mặt (TCVN) [6] 17 Bảng 3.1 Bảng thông số chế độ cắt máy 6P11 .37 Bảng 3.2 Miền thông số chế độ cắt thí nghiệm 40 Bảng 3.3 Kết đo với dao thép gió (HSS) Ф= 22 (mm) 41 Bảng 3.4 Kết đo với dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) 42 Bảng 3.5 Kết đo với dao phay mặt đầu gắn mảnh Ф= 80 (mm) 43 Bảng 5.1 Bảng giá trị Rz gia công thử sử dụng chương trình dự đốn 75 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu Danh mục hình Trang Hình 1.1 Máy khoan kiểu dây cung máy khoan nhiều trục người Ai Cập cổ [2] Hình 1.2 Máy mài cho gỗ máy làm kím Da Vinci [2] .2 Hình 1.3 Máy khoét Wilkinson [2] Hình 1.4 Máy tiện ren vít Maudslay [2] Hình 1.5 Máy phay vạn Brown [2] Hình 1.6 Máy mài phẳng Brown Sharpe [2] .5 Hình 1.7 Máy ba trục gia cơng block động Ford Model T [2] Hình 1.8 Máy vận chuyển trạm- trục để gia cơng block động V8 [2] .6 Hình 1.9 Các thành phần hệ thống công nghệ [3] Hình 1.10 Sơ đồ trình tạo phoi [2] Hình 1.11 Các bề mặt gia cơng trịn xoay có đường cong thẳng [3] Hình 1.12 Các bề mặt gia cơng trịn xoay có đường sinh cong khấp khúc [3] Hình 1.13 Các bề mặt có đường chuẩn đường thẳng [3] Hình 1.14 Các bề mặt đặc biệt [3] 10 Hình 1.15 Phương pháp gia cơng chép hình [3] 10 Hình 1.16 Các phương pháp gia cơng theo vết bao hình [3] 11 Hình 1.18 Chuyển động chuyển động chạy dao tiện, phay, khoan [3] 12 Hình 1.19 Các dạng chạy dao [12] .14 Hình 1.20 Sơ đồ phương pháp phay [12] .14 Hình 1.21 Sơ đồ xác định nhám bề mặt .16 Hình 1.21 Quan hệ chiều cao nhấp nhô tế vi Rz lượng tiến dao .19 Hình 1.22 Sự hình thành nhấp nhơ tế vi mũi dao có bán kính r .20 Hình 1.23 Quan hệ chiều cao nhấp nhô Rz tốc độ cắt Vc 21 Hình 1.24 Quan hệ độ biến cứng chiều sâu cắt .22 Hình 2.1 Mơ hình hóa trình, đối tượng nghiên cứu [4] 24 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu Hình 2.2 Ảnh hưởng chế độ cắt phay đến độ nhám [13] 32 Hình 2.3 Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt [14] 34 Hình 2.4 Ảnh hưởng chế độ cắt đến độ nhám bề mặt [9] 34 Hình 2.5 Đồ biểu diễn mối quan hệ Ra, t Sd mài phẳng [10] .36 Hình 3.1 Thơng tin máy phay đứng vạn 6P11 37 Hình 3.2 Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ – 210 .38 Hình 3.3 Phơi thí nghiệm thép carbon C45 39 Hình 3.4 Dụng cụ cắt sử dụng thực nghiệm .39 Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Rz với f n 67 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Rz với f n 68 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Rz với f n 69 Hình 4.4 Giao diện đăng nhập chương trình dự đốn 70 Hình 4.5 Giao diện thơng tin Máy Phay đứng 6P11 71 Hình 4.6 Giao diện thơng tin người thực chương trình dự đốn 71 Hình 4.7 Giao diện đăng nhập dự đoán với dao thép gió HSS Ф= 22 (mm) .72 Hình 4.8 Giao diện độ nhám Rz làm thử với dao thép gió HSS Ф= 22 (mm) .72 Hình 4.9 Giao diện đăng nhập dự đoán với dao phay hợp kim Ф= 31.5 (mm) 73 Hình 4.10 Giao diện đăng nhập dự đoán với dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm) .74 Hình 4.11 Giao diện độ nhám Rz làm thử với dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm) 74 Hình 5.1 Giá trị Rz dự đốn thử với dao thép gió Ф=22 (mm) 75 Hình 5.2 Giá trị Rz dự đốn thử với dao thép gió Ф=22 (mm) 76 Hình 5.3 Giá trị Rz dự đoán thử với dao phay mặt đầu Ф=80 (mm) 76 Hình 5.4 Giá trị Rz dự đoán thử với dao phay mặt đầu Ф=80 (mm) 77 Hình 5.5 Giá trị Rz đo thực tế với dao thép gió Ф=22 -0.85-500-0.5 77 Hình 5.6 Giá trị Rz đo thực tế với dao thép gió Ф=22 -1.35-500-0.5 77 Hình 5.7 Giá trị Rz đo thực tế với dao phay mặt đầu Ф=80 -0.85-500-2.0 77 Hình 5.8 Giá trị Rz đo thực tế với dao phay mặt đầu Ф=80 -1.35-500-2.0 78 Hình C1 Gá phôi 84 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu 92 189 e.Handled = true; 190 } 191 } 192 private void textBox10_KeyPress(object sender, KeyPressEventArgs e) 193 { 194 if (!char.IsControl(e.KeyChar) && !char.IsDigit(e.KeyChar) && (e.KeyChar != '.') && (e.KeyChar != '-')) 195 { 196 e.Handled = true; 197 } 198 // If you want, you can allow decimal (float) numbers 199 if ((e.KeyChar == '.') && ((sender as TextBox).Text.IndexOf('.') > -1)) 200 { 201 e.Handled = true; 202 } 203 } 204 private void textBox9_KeyPress(object sender, KeyPressEventArgs e) 205 { 206 if (!char.IsControl(e.KeyChar) && !char.IsDigit(e.KeyChar) && (e.KeyChar != '.') && (e.KeyChar != '-')) 207 { 208 e.Handled = true; 209 } 210 // If you want, you can allow decimal (float) numbers 211 if ((e.KeyChar == '.') && ((sender as TextBox).Text.IndexOf('.') > -1)) 212 { 213 e.Handled = true; 214 } 215 } 216 217 private void btnTinhtoan1_Click(object sender, EventArgs e) 218 { 219 vf1 = Convert.ToDouble(txbLuongTienbanmay1.Text); 220 na1 = Convert.ToDouble(txbSoVongQuay1.Text); 221 pa1 = Convert.ToDouble(txbChieuSauCat1.Text); 222 mu11 = Math.Pow(vf1, 0.1792); 223 mu12 = Math.Pow(na1, (-0.1085)); 224 mu13 = Math.Pow(pa1, (-2.5)); THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu 93 225 kq1 = (heso1 * mu11 * mu12 * mu13); 226 txbDoNham1.Text = (String.Format("{0:n3}", kq1)).ToString(); 227 } 228 } 229 } C Các hình ảnh thực nghiệm Hình C1 Gá phơi Hình C2 Gia cơng THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu 94 Hình C3 Đo độ nhám gia cơng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10 Hình C4 Đo độ nhám gia công dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10 Hình C5 Đo độ nhám gia công dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu 95 Hình C6 Đo độ nhám gia công dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10 Hình C7 Đo độ nhám gia cơng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10 Hình C8 Đo độ nhám gia công dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu 96 Hình C9 Đo độ nhám gia cơng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10 Hình C10 Đo độ nhám gia công dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu 97 Hình C11 Đo độ nhám gia cơng dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm) Hình C12 Đo độ nhám gia công dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm) Hình C13 Đo độ nhám gia cơng dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu 98 Hình C14 Đo độ nhám gia công dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm) Hình C15 Đồ thị độ nhám Hình C16 Đồ thị độ nhám THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG hành nội Lưu ... KHOA - NGUYỄN ĐỨC LONG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ DỰ ĐOÁN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ĐẠT ĐƯỢC KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY VẠN NĂNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 8520103 LUẬN... lực làm nhà máy, xí nghiệp Với lý trên, thực đề tài ? ?Xây dựng công cụ hổ trợ dự đoán chất lượng bề mặt đạt gia công máy phay vạn năng? ??, đề tài bổ ích cho tơi sinh viên mà cịn công cụ tra cứu tài... cụ hổ trợ để dự đốn chất lượng bề mặt đạt gia công máy phay vạn • Ý nghĩa thực tiễn: o Đưa quy luật ảnh hưởng xây dựng cơng cụ tính toán dự đoán độ nhám bề mặt đạt chi tiết gia công theo chế