Luận án nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và chế độ cắt đến năng suất và nhám bề mặt khi gia công mặt cầu lồi trên trung tâm cnc 5 trục

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ANOVA CAD CAM CNC C1, C2 CF D E ae FHD F fU fN hs HSM HRC HB iz LCD LED MT n Nf OA P PSO Pv Ps Pt Pθ Pe Q QT RBG Rz Ra S SI S/N T t V w  θtb θ : Analysis Of Varience (Phân tích phương sai) : Computer Aided Design (Thiết kế có trợ giúp máy tính) : Computer Aided Manufacturing (Gia cơng có trợ giúp máy tính) : Computer Numerical Control ( Điều khiển số) : Các hệ số gia tốc : Correction factor (yếu tố Ďiều chỉnh) : Đường kính dụng cụ cắt : Độ lệch tiêu chuẩn : Lượng dịch dao ngang : Full Hight Definition (Độ phân giải cao) : Lực cắt : Điểm Utopia : Điểm Nadir : Chiều cao mòn dao : High Speed Machine (Gia công cao tốc) : Đơn vị Ďo Ďộ cứng theo phương pháp Rock well : Đơn vị Ďo Ďộ cứng theo phương pháp Brinell : góc xoắn phần bán cầu : Liquid Crystal Display (Màn hình tinh thể lỏng) : Light Emitting Diode ( Điốt phát quang) : Mục tiêu : Số vòng quay trục : Number of flute cut (số lưỡi cắt dao) : Orthogonal Array (Bảng trực giao) : Công suất cắt : Particle Swarm Optimization (Tối ưu hóa bày Ďàn) : phần trăm ảnh hưởng yếu tố vận tốc : phần trăm ảnh hưởng yếu tố lượng tiến dao : phần trăm ảnh hưởng yếu tố chiều sâu cắt : phần trăm ảnh hưởng yếu tố góc nghiêng trục dao : phần trăm ảnh hưởng yếu tố nhiễu : Năng suất gia công : Quần thể : Red Blue Green (Hệ mầu tổng hợp) : Chiều cao nhấp nhô profin theo mười Ďiểm : Sai lệch trung bình số học profin : Lượng tiến dao : Swarm Intelligence (Bầy Ďàn thông minh) : Signal to Noise (Độ tín hiệu) : Thời gian cắt : Chiều sâu cắt : Vận tốc cắt : Trọng số : Độ phân tán sai số : Sai số trung bình : Góc nghiêng trục dao I DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Đặc tính kỹ thuật máy Mikron UCP600 43 Bảng Thành phần vật liệu thép SKD11 44 Bảng 3 Đặc tính kỹ thuật dao phay cầu EMC56 45 Bảng Đặc tính kỹ thuật máy đo nhám Surtronic Duo 46 Bảng Đặc tính kỹ thuật máy VHX 47 Bảng Đặc tính kỹ thuật cân điện tử JWP 47 Bảng Bảng trực giao OA25(54) 48 Bảng Giá trị cho phép thông số công nghệ gia công thép SKD11 49 Bảng Kết thí nghiệm đo lực cắt 51 Bảng 10 Kết thí nghiệm đo chiều cao mịn dao hs 59 Bảng 11 Kết thí nghiệm đo nhám bề mặt Rz 67 Bảng 12 Kết thí nghiệm đo suất gia cơng Q 75 Bảng Thông số chế độ cắt.…………………………………………………………………………………… 101 Bảng Kết thử nghiệm chế độ cắt thu được…………………………………… …………… 101 II DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1 Trung tâm gia công CNC trục kiểu bàn xoay AC Hình Trung tâm gia công CNC trục kiểu đầu quay AB Hình Trung tâm gia cơng CNC trục AC kiểu kết hợp đầu quay bàn quay Hình Góc nghiêng trục dao Hình Các dạng nghiêng dao Hình Trục dao nghiêng góc không đổi suốt đường dẫn dao Hình Góc nghiêng dao thay đổi dường dẫn dao Hình trục dao ln qua điểm Hình trục dao ln vng góc với đường thẳng Hình 10 Trục dao nằm mặt phẳng tiếp dẫn Hình 11 Trục dao nằm mặt phẳng pháp dẫn Hình 12 Tối ưu hóa góc nghiêng trục dao Hình 13 Dao phay ngón đầu phẳng 10 Hình 14 Khả hớt lượng dư dao phay ngón đầu phẳng đầu cầu gia công mặt phẳng 11 Hình 15 Khả hớt lượng dư dao phay ngón đầu phẳng đầu cầu gia công mặt phẳng 11 Hình 16 Khả hớt lượng dư dao phay ngón đầu phẳng đầu cầu gia công mặt cầu lồi 11 Hình 17 Khả hớt lượng dư dao phay ngón đầu phẳng đầu cầu gia công mặt cầu lõm 12 Hình 18 Thơng số hình học dao phay cầu 12 Hình 19 Mặt cắt ngang dao phay cầu 13 Hình 20 Mơ hình lưỡi cắt phần cầu 14 Hình 21 Hình học lưỡi cắt mặt phẳng chiếu 14 Hình Quan hệ lực cắt đường dịch chuyển dụng cụ………………….……………………22 Hình 2 Mơ tả dụng cụ cắt bề mặt có chiều dày cắt 23 Hình Ảnh hưởng t , S đến Px Py Pz 24 Hình Ảnh hưởng V đến Pz Py Px 24 Hình Các dạng mài mòn dụng cụ cắt 25 Hình Quan hệ lượng mòn thời gian 26 Hình Các tiêu đánh giá lượng mài mòn mặt sau mặt trước 27 Hình Cơ chế mòn phụ thuộc vào nhiệt độ 29 Hình Quan hệ tổng quát T V phay thép hợp kim cứng 30 Hình 10 Quan hệ V-T đơn điệu gia công gang dao hợp kim cứng P18 30 Hình 11 Quan hệ T-S 31 Hình 12 Quan hệ T-t 32 Hình 13 Profin bề mặt chi tiết máy 33 III Hình 14 Ảnh hưởng số yếu tố trình cắt đến độ nhấp nhô bề mặt gia công … 35 Hình 15 Sự thay đổi ứng suất dư theo chiều sâu chi tiết kim loại 35 Hình 16 Biểu đồ độ cứng nguội H chiều sâu lớp cứng nguội 36 Hình 17 Ảnh hưởng V,S , đến ứng suất tiếp T 36 Hình 18 Nghiêng trục dao gia công mặt phẳng 37 Hình 19 Cơ chế tạo phoi ứng với góc nghiêng 38 Hình 20 Các đại lượng để xác định suất cắt phay 38 Hình Sơ đồ thực nghiệm…… …………………………………………………………………………………….41 Hình Máy phay Mikron UCP600 43 Hình 3 Thơng số hình học chi tiết thí nghiệm 44 Hình Dao phay cầu EMC56 45 Hình Lực kế phay 45 Hình Máy đo nhám Surtronic Duo 46 Hình Kính hiển vi kỹ thuật số VHX Z-450 46 Hình Cân điện tử JWP 47 Hình Đường quan hệ thực nghiệm dự đoán 50 Hình 10 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S vận tốc cắt V tới lực cắt F 52 Hình 11 Đồ thị ảnh hưởng chiều sâu cắt t vận tốc cắt V tới lực cắt F 52 Hình 12 Đồ thị ảnh hưởng góc nghiêng trục dao vận tốc cắt V tới lực cắt F 53 Hình 13 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S chiều sâu cắt t tới lực cắt F 53 Hình 14 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S góc nghiêng trục dao đến F 54 Hình 15 Đồ thị ảnh hưởng chiều sâu cắt t góc nghiêng trục dao đến F 54 Hình 16 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng vận tốc cắt 56 Hình 17 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng lượng tiến dao 57 Hình 18 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng chiều sâu cắt 57 Hình 19 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng góc nghiêng trục dao 58 Hình 20 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S vận tốc cắt V đến hs 60 Hình 21 Đồ thị ảnh hưởng thời gian cắt T vận tốc cắt V đến hs 60 Hình 22 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S thời gian cắt T đến hs 61 Hình 23 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S thời gian cắt T đến hs 61 Hình 24 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S góc nghiêng trục dao tới hs 62 Hình 25 Đồ thị ảnh hưởng thời gian cắt T góc nghiêng trục dao tới hs 62 Hình 26 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng vận tốc cắt 64 Hình 27 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng lượng tiến dao 65 Hình 28 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng thời gian cắt 65 Hình 29 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng góc nghiêng trục dao 66 Hình 30 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S vận tốc cắt V tới Rz 68 Hình 31 Đồ thị ảnh hưởng chiều sâu cắt t vận tốc cắt V tới Rz 68 Hình 32 Đồ thị ảnh hưởng góc nghiêng trục dao tốc độ tiến dao V tới Rz 69 Hình 33 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S chiều sâu cắt t tới Rz 69 Hình 34 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S góc nghiêng trục dao tới Rz 70 Hình 35 Đồ thị ảnh hưởng chiều sâu cắt t góc nghiêng trục dao tới Rz 70 Hình 36 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng vận tốc cắt 72 IV Hình 37 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng lượng tiến dao 73 Hình 38 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng chiều sâu cắt 73 Hình 39 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng góc nghiêng trục dao 74 Hình 40 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S vận tốc cắt V tới Q 76 Hình 41 Đồ thị ảnh hưởng chiều sâu cắt t vận tốc cắt V tới Q 76 Hình 42 Đồ thị ảnh hưởng góc nghiêng trục dao vận tốc cắt V tới Q 77 Hình 43 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S chiều sâu cắt t tới Q 77 Hình 44 Đồ thị ảnh hưởng lượng tiến dao S góc nghiêng trục dao tới Q 78 Hình 45 Đồ thị ảnh hưởng chiều sâu cắt t góc nghiêng trục dao tới Q 78 Hình 46 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng vận tốc cắt 80 Hình 47 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng lượng tiến dao 81 Hình 48 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng chiều sâu cắt 81 Hình 49 Đồ thị phân bố mức ảnh hưởng góc nghiêng dao 82 Hình Sơ đồ xây dựng toán tối ưu phay trung tâm gia cơng……… ……………84 Hình Nghiệm tối ưu Pareto điểm hữu hiệu 90 Hình Biên tối ưu Pareto (a), quan hệ nghiệm miền tối ưu Pareto (b) 90 Hình 4 Khoảng cách dựa J 92 Hình Bầy đàn cá thể khơng gian tìm kiếm chiều 93 Hình Cấu trúc liên kết lân cận 94 Hình Phương pháp PSO 94 Hình Lưu đồ giải thuật PSO 96 Hình Lưu đồ giải thuật PSO tìm miền Pareto 97 Hình 10 Sơ đồ khối giải thuật PSO tìm nghiệm tối ưu cho hàm đơn mục tiêu 98 Hình 11 Sơ đồ khối lọc biên Pareto 100 Hình 12 Đồ thị quan hệ suất độ nhấp nhô tế vi bề mặt 101 V MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT I DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU II DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ III MỤC LỤC VI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nội dung nghiên cứu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 4.Phƣơng pháp nghiên cứu 5.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đóng góp đề tài nghiên cứu Cấu trúc luận án CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC TRỤC 1.1 Đặc điểm tạo hình trung tâm gia cơng CNC trục 1.1.1 Cấu hình trung tâm gia cơng CNC trục 1.1.2 Định hƣớng dụng cụ trung tâm gia công 1.2 Dụng cụ gia công bề mặt 3D trung tâm gia công CNC trục 10 1.2.1 Khả cắt gọt dao phay cầu 10 1.2.2 Thơng số hình học dao phay cầu .12 1.2.3 Phƣơng trình lƣỡi cắt dao phay cầu 14 1.3 Tình hình nghiên cứu nƣớc 15 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nƣớc 15 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 17 KẾT LUẬN CHƢƠNG 21 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA QUÁ TRÌNH PHAY BỀ MẶT 3D 22 2.1 Lực cắt phay 22 2.1.1 Lực cắt hệ thống động lực học trình cắt 22 2.1.2 Lực tác dụng lên mặt trƣớc mặt sau dụng cụ cắt .22 2.1.3 Ảnh hƣởng chế độ cắt đến lực cắt 23 VI 2.2 Mòn dao phay 25 2.2.1 Mài mòn dụng cụ cắt .25 2.2.2 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 25 2.2.3 Chỉ tiêu đánh giá mài mòn dụng cụ cắt 27 2.2.4 Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt 28 2.2.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến mòn dụng cụ cắt 29 2.2.5.1 Ảnh hưởng tốc độ cắt V tới T .29 2.2.5.2 Ảnh hưởng t S đến tuổi bền T .31 2.3 Chất lƣợng bề mặt phay 33 2.3.1 Tính chất hình học bề mặt gia công 33 2.3.2 Ảnh hƣởng chế độ cắt tới bề mặt chi tiết gia công 34 2.3.2.1 Ảnh hƣởng số yếu tố trình cắt đến chiều cao nhấp nhô bề mặt 34 2.3.2.2 Trạng thái lí lớp bề mặt chi tiết gia công .35 2.3.3 Ảnh hƣởng góc nghiêng trục dao đến chất lƣợng bề mặt gia công 37 2.4 Năng suất phay .38 KẾT LUẬN CHƢƠNG 40 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC BẰNG THỰC NGHIỆM GIỮA GÓC NGHIÊNG TRỤC DAO VÀ CHẾ ĐỘ CẮT VỚI CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẦU RA 41 3.1 Xây dựng mơ hình thực ngiệm 41 3.1.1 Sơ đồ thực nghiệm 41 3.1.2 Các đại lƣợng đầu vào 41 3.1.3 Các đại lƣợng đầu 42 3.1.4 Các đại lƣợng cố định .42 3.1.5 Các đại lƣợng nhiễu .42 3.2 Điều kiện thực nghiệm 42 3.2.1 Máy phay CNC .42 3.2.2 Phôi thực nghiệm 43 3.2.3 Dụng cụ cắt 45 3.3 Các thiết bị đo .45 3.4 Thiết kế ma trận thực nghiêm Taguchi 47 3.5 Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng mơ hình tốn học xác định mối quan hệ thực nghiệm 49 3.6 Xác định mối quan hệ thực nghiệm .51 3.6.1 Xác định mối quan hệ thực nghiệm chế độ cắt lực cắt F gia công thép SKD11 51 VII 3.6.2 Xác định mối quan hệ thực nghiệm chế độ cắt chiều cao mòn dao hs gia công thép SKD11 58 3.6.3 Xác định mối quan hệ thực nghiệm chế độ cắt nhám bề mặt Rz gia công thép SKD11 66 3.6.4 Xác định mối quan hệ thực nghiệm chế độ cắt suất gia công Q gia công thép SKD11 74 KẾT LUẬN CHƢƠNG 83 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ĐỂ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TỐI ƢU KHI PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG BẰNG DAO PHAY CẦU 84 4.1 Xây dựng toán tối ƣu phay trung tâm gia công .84 4.1.1 Xác định hàm mục tiêu 85 4.1.2 Xác định hàm biên 86 4.1.3 Thành lập toán tối ƣu đa mục tiêu phay trung tâm gia công 88 4.2 Giải toán tối ƣu đa mục tiêu phay trung tâm gia công 88 4.2.1 Một số phƣơng pháp giải toán tối ƣu đa mục tiêu .89 4.2.2 Ứng dụng giải thuật PSO để xác định miền tối ƣu Pareto gia công trung tâm gia công CNC trục .96 4.3 Xác định góc nghiêng trục dao chế độ cắt tối ƣu phay trung tâm gia công 100 4.3.1 Sử dụng phần mềm viết Matlab xác định góc nghiêng trục dao chế độ cắt tối ƣu 100 4.3.2 Kiểm nghiệm kết 101 KẾT LUẬN CHƢƠNG 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 109 PHỤ LỤC .110 VIII IX MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong kỹ thuật gia cơng khí suất, chất lượng giá thành tiêu mang tính chất Ďịnh Ďến tồn sản phẩm thị trường Ngày việc ứng dụng máy CNC vào kỹ thuật gia cơng góp phần hạ giá thành, nâng cao suất Ďộ xác gia cơng sản phẩm khí Một sản phẩm Ďó khn mẫu Các bề mặt khn mẫu sau gia công thường sau nhiệt luyện phải qua cơng Ďoạn mài Đối với bề mặt có hình dáng phức tạp khn ép phun việc gia công mài Ďơn giản Để giải vấn Ďề khắc phục Ďược cách sử dụng dao phay cầu trung tâm gia công CNC trục Ďể gia công tinh bề mặt khuôn Tuy nhiên trình cắt dao phay cầu phức tạp lưỡi cắt dao phay cầu Ďược bố trí mặt cầu nên chế cắt gọt vị trí lưỡi cắt khác Các vị trí Ďó phụ thuộc vào góc nghiêng trục dao với pháp tuyến bề mặt chi tiết Ďiểm cắt Như toán Ďặt xác Ďịnh thơng số cơng nghệ (góc nghiêng trục dao chế Ďộ cắt) tối ưu nhằm nâng cao suất chất lượng bề mặt gia cơng Do Ďó Ďề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng trục dao chế độ cắt đến suất nhám bề mặt gia công mặt cầu lồi trung tâm CNC trục” cần thiết cấp bách Kết Ďề tài làm tài liệu cho nhà công nghệ chọn chế Ďộ cắt gia công khuôn trung tâm gia công CNC trục nhà khoa học nghiên cứu tối ưu hóa q trình gia cơng cắt gọt Mục đích nội dung nghiên cứu đề tài - Đánh giá mức Ďộ ảnh hưởng thơng số cơng nghệ Ďầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) Ďến thông số cơng nghệ Ďầu (lực cắt F, chiều cao mịn dao hs, nhám bề mặt Rz suất gia công Q) gia công trung tâm gia công CNC trục - Xây dựng phương pháp Ďể thiết lập giải tốn tối ưu hóa Ďa mục tiêu gia công trung tâm gia công CNC trục - Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ Ďầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) Ďến thông số công nghệ Ďầu (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz suất gia công Q) Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu trình phay trục cắt vật liệu SKD11 dao phay cầu - Nghiên cứu q trình gia cơng bề mặt 3D phức tạp trung tâm gia công CNC trục dao phay cầu Hình 12 Đồ thị quan hệ suất độ nhấp nhô tế vi bề mặt Giới hạn Rz tùy thuộc vào người làm cơng nghệ, gia cơng phay tinh giá trị nhám bề mặt mong muốn Ďạt cấp tương Ďương với Rz= 2.5(µm) Chọn Ďiểm gần với giá trị Rz= 2.5(µm) Ďồ thị thu Ďược kết Qmax= 4.7044 (gam/phút), Rz= 2.5184 (µm) với thông số chế Ďộ cắt sau: Bảng Thông số chế độ cắt X1 X2 X3 X4 165.2375 599.3759 0.20592 61.8677 4.3.2 Kiểm nghiệm kết Sử dụng thông số công nghệ thu Ďược từ kết tính tốn, cắt thử nghiệm trở lại với Ďiều kiện máy, dao vật liệu tiến hành lấy số liệu ban Ďầu Thu Ďược kết sau: Bảng Kết thử nghiệm chế độ cắt thu V S t  Q (m/ph) (mm/ph) (mm) (Ďộ) (g/ph) 0.20592 61.8677 165.2375 599.3759 R  z Rz  Rztt Rztt 100%  2.69  2.5184 _ 2.5184 5.0472 100%  6.81% Rz (µm) 2.69 (4.37) R Z : kết Ďo giá trị nhám bề mặt thu Ďược sau cắt thử thông số chế Ďộ cắt vừa thu Ďược 101 _  R Z : kết giá trị nhám bề mặt tính tốn thu Ďược sau chạy chương trình tt Q  Q  Qtt Qtt 100%  5.0472  4.7044 4.7044 100%  7.28% (4.38) Q :là kết Ďo suất gia công thu Ďược sau cắt thử thông số chế Ďộ cắt vừa thu Ďược Qtt : kết tính tốn suất gia công thu Ďược sau chạy chương trình Kết dự Ďốn thực tế gia cơng thấy sai lệch dự Ďoán thực tế dao Ďộng khoảng 10% chấp nhận Ďược sản xuất 102 KẾT LUẬN CHƢƠNG Xác Ďịnh Ďược hàm mục tiêu suất gia công Q nhám bề mặt Rz; xác Ďịnh Ďiều kiện biên bao gồm Ďiều kiện biên không gian chế Ďộ cắt (V,S,t,), giới hạn công suất cắt (P), giới hạn chiều cao mòn dao (hs) thành lập toán tối ưu Ďa mục tiêu gia công trung tâm CNC trục dao phay Ďầu cầu Đưa giải pháp giải toán tối ưu Ďa mục tiêu dựa phương pháp tối ưu Pareto, xác Ďịnh tập hợp nghiệm tối ưu miền biên Pareto Áp dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo cải tiến giải thuật PSO Ďể giải toán tối ưu Ďa mục tiêu, tìm miền pareto tối ưu với cặp thơng số công nghệ tương ứng (V,S,t,θ) Xây dựng phần mềm viết Matlab Ďể xác Ďịnh miền tối ưu Pareto gia công thép hợp kim SKD11 trung tâm gia công CNC trục Xác Ďịnh Ďược thông số công nghệ tối ưu trường hợp chất lượng bề mặt tinh với Rz= 2,5(µm) Q=4.7044 (gam/phút): V=165.2375 (m/ph) S=599.3759 (mm/ph) t =0.20592 (mm) θ =61.8677 (0) thực nghiệm kiểm chứng 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận án Ďã giải Ďược nội dung sau: Đã nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng góc nghiêng trục dao (), vận tốc cắt (V), lượng tiến dao (S), chiều sâu cắt (t) tới lực cắt (F), chiều cao mòn dao (hs), nhám bề mặt (Rz) suất gia công (Q) gia công trung tâm CNC trục sử dụng dao phay Ďầu cầu Xác Ďịnh Ďược phương trình toán học thể mối quan hệ thực nghiệm góc nghiêng trục dao (), vận tốc cắt (V), chiều sâu cắt (t), lượng tiến dao (S) với lực cắt (F), chiều cao mòn dao (hs), nhám bề mặt (Rz) suất gia công (Q): - F = 28.49 - 0.0368669 V - 0.0047209 S + 315.382.t - 1.19425 + 0.000246017 V S - 1.54882 V t + 0.00572035.V - 0.135744 S t 0.000184129.S + 0.79007 t - hs = 2,321.10-6.V2.38496.S0.285157.T0.589862  -0.191772 - Rz = 3,06377 – 0,00853526.V – 0,00176698.S + 71,8845.t – 0,272548 +6,53233.10-5.V.S – 0,357075.V.t + 0,00134262.V – 0,0316131.S.t 5,55995.10-5.S +0,149278.t - Q = 1,09428.10-3.V1.06568.S1.26202.t1.00954 -0.861357 Các hàm quan hệ toán học Ďều phi tuyến Ďơn Ďiệu Bằng phương pháp Taguchi Ďánh giá mức tác Ďộng ảnh hưởng góc nghiêng trục dao (), vận tốc cắt (V), chiều sâu cắt (t), lượng tiến dao (S) tới: - Lực cắt (F): ảnh hưởng góc nghiêng dao lớn 47.0594%, thứ hai lượng tiến dao 25.0815%, chiều sâu cắt 15.7163% vận tốc cắt 4.4072% - Chiều cao mòn dao (hs): ảnh hưởng thời gian cắt lớn 59.9725%, thứ hai vận tốc cắt 20.1988%, lượng tiến dao 8.1724% góc nghiêng dao 7.4695% - Nhám bề mặt (Rz): ảnh hưởng góc nghiêng trục lớn 54.1414%, thứ hai lượng tiến dao 31.2771%, vận tốc cắt 4.8728% chiều sâu cắt 2.50518% - Năng suất gia công (Q): ảnh hưởng lượng tiến dao lớn 36.61747%, thứ hai góc nghiêng trục dao 32.6355%, chiều sâu cắt 26.2674% vận tốc cắt 3.32819% 104 Ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo cải tiến giải thuật PSO Ďể xác Ďịnh miền chế Ďộ cắt tối ưu Ďa mục tiêu Pareto Ďáp ứng chất lượng bề mặt suất gia công Đã xác Ďịnh Ďược thông số công nghệ tối ưu trường hợp chất lượng bề mặt tinh với Rz= 2,5(µm) Q=4.7044 (gam/phút): V=165.2375 (m/ph) S=599.3759 (mm/ph) t =0.20592 (mm) θ=61.8677 (0) thực nghiệm kiểm chứng KIẾN NGHỊ Nghiên cứu mở rộng thông số Ďầu vào Ďể nghiên cứu hoàn thiện Tiếp tục sử dụng phương pháp nghiên cứu luận án Ďể mở rộng nghiên cứu cho vật liệu khác, với biên dạng bề mặt khác Thành lập ngân hàng liệu chế Ďộ cắt tối ưu gia công, phục vụ cho việc tự Ďộng hóa q trình sản xuất, góp phần giảm chi phí gia cơng, nâng cao khả cạnh tranh q trình hội nhập tồn cầu 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bành Tiến Long (chủ biên) (2013) Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Hồng Tiến Dũng (2014) Nghiên cứu tối ưu hóa số thông số công nghệ phay cao tốc Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Ďại học Bách Khoa Hà Nội [3] [4] Nguyễn Doãn Ý (2003) Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Ngọc Kiên (2013) Ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo phân tích Taguchi để xác định chế độ cắt tối ưu gia công máy phay CNC Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trương Ďại học Bách Khoa Hà Nội [5] Nguyễn Quang Lập (2013) Thuật toán bầy đàn PSO, giải thuật di truyền ứng dụng giải toán tối ưu đa mục tiêu Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính, Trường Ďại học cơng nghiệp Thái Ngun [6] Nguyễn Thanh Bình (2016) Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến số thông số đặc trưng gia công cao tốc bề mặt khuôn Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trương Ďại học Bách Khoa Hà Nội [7] [8] Nguyễn Trọng Bình (2003) Tối ưu hóa q trình cắt gọt, NXB Giáo dục Phan Quang Thế (2002) Nghiên cứu khả làm việc dụng cụ thép gió phủ dùng cắt thép bon trung bình Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà nội Phạm Văn Hiển (2012) Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến tuổi bền dao phay cầu phủ TiAlN gia công thép hợp kim CR12MOV Luận văn Thạc sỹ, Đại học Công nghiệp Thái Nguyên [9] [10] Trần Mạnh Hà (2015) Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tạo hình bề mặt tự cấu trúc elip lõm gia công máy phay CNC Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Ďại học Bách Khoa Hà Nội [11] Trần Văn Địch (chủ biên) (2003) Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [12] Trần Văn Địch (2004) Gia công tinh bề mặt chi tiêt máy, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [13] Vũ Hoài Ân (2003) Nền sản xuất CNC, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [14] Vũ Như Nguyệt (2009) Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công tối ưu hóa số yếu tố kỹ thuật trình phay tinh máy cơng cụ CNC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Ďại học Công nghiệp Thái Nguyên Tiếng Anh [15] [16] A Ben Amara, M Boujelbene, J M Linares, E Bayraktar, A Daymi (2009) Influence of workpiece inclination angle on the surface roughness is ball end milling of the titanium alloy Ti-6Al-4V, Journal of Achievements in Material and Manufacturing Engineering, Volume 35, Issue 1, july 2009, pp78 -83 Adriano Fagali de Souza, Anselmo Eduardo Diniz, Alessandro Roger Rodrigues, Reginaldo Teixeira Coelho (2014) Investigating the cutting phenomena in free-form milling using a ball-end cutting tool for die and mold manufacturing The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, April 2014, Volume 71, Issue 9-12, Pages 15651577 106 [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] A Nasri, J Slaimi, W Bouzid Sai (2016) 3D parametric modelling of milling cutter geometry from analytical analysis, International Journal of Science, Technology and society, Volume 4, Issue 2, february 2016, pp 35-40 Arif Gok, Cevdet Gologlu, Halil Ibrahim Demirci (2013) Cutting parameter and tool path style effects on cutting force and tool deflection in machining of convex and concave inclined surfaces The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, November 2013, Volume 69, Issue 5-8, pp 1063-1078 Bernard W Ikua, Hisataka Tanaka, Fumio Obata, Satoshi Sakamoto, Takeyasu Kishi, Tatsuo Ishii (2002) Prediction of cutting forces and machining error in ball end milling of curved surfaces experimental verification Precision Engineering, Volume 26, Issue 1, pp 69 – 82 Chen Zhang, Jilin Zhang (2013) On-line tool wear measurement for ball-end milling cutter based on machine vision Computers in Industry 08 – 2013, 64(6), pp 708–719 Chen Zhang, Song Guo, Haiyan Zhang, Laishui Zhou (2013) Modeling and predicting for surface topography considering tool wear in milling process The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, October 2013, Volume 68, Issue 9-12, pp 28492860 Chung-Liang Tsai, Yunn-Shiuan Liao, (2008) Prediction of cutting forces in ball-end milling by means of geometric analysis Journal of Materials Processing Technology, Volume 205, Issues 1–3, 26 August 2008, Pages 24–33 Dan Simon (2013) Evolutionary Optimization Algorithms Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey Dražen Bajić, Luka Celent, Sonja Jozić (2012) Modeling of the Influence of Cutting Parameters on the Surface Roughness, Tool Wear and Cutting Force in Face Milling in Off-Line Process Control Journal of Mechanical Engineering, Volume 58, Issue11, pp 673682 Harshad A Sonawane, Suhas S Joshi (2012) Analysis of machined surface quality in a single-pass of ball-end milling on Inconel 718 Journal of Manufacturing Processes, Volume 14, Issue 3, August 2012, Pages 257-268 H.Z Li, H Zeng, X.Q Chen (2006) An experimental study of tool wear and cutting force variation in the end milling of Inconel 718 with coated carbide inserts Journal of Materials Processing Technology, Volume 180, Issues 1–3, December 2006, pp 296-304 Ismail Lazoglu, Steven, Y Liang (2000) Modelling of ball end milling for us with cuter axis inclination, International of Manufacturing Science of Engineering, Volume 122, Issue 2, february 2000 Marius Cosma (2011) Experimental studies on influence of tool path in axis B.N.E.M on inclined surfaces at 45 degrees Academic Journl of Manufacturing Engineering, Volume 9, Issue 9, pp 30 – 35 Marius Cosma (2006), Geometric method of undeformed chip study in ball nose end milling 6th The international conference of the carpathian euroregion specialists industrial systems pp 49 - 54 Marius Cosma (2007) Horizontal path strategy for 3D-CAD analysis of chip area in 3axes ball nose and milling 7th International Multidisciplinary Conference Baia Mare, Romania, May 17-18, 2007 Marek Sadílek, Robert Čep, Igor Budak, Mirko Soković (2011) Aspects of Using Tool Axis Inclination Angle Journal of Mechanical Engineering, Volume 57, Issue 9, pp 681- 688 M Boujelbene, A Moisan, W Bouzid, S Torbaty (2007) Variation cuting speed on the axis milling, Journal of Achievements in Material and Manufacturing Engineering, Volume 21, Issue 2, April 2007 Min W and Youzhen Z (1988) Diffusion Wear in Milling Titanium Alloys Materials Science and Technology, Vol 4, pp 548 - 553 M Milfelner, J Kopac, F Cus, U Zuperl (2005) Genetic equation for the cutting force in ball-end milling Journal of Materials Processing Technology, Volumes 164–165, 15 May 2005, pp 1554 - 1560 107 [35] [36] [37] [38] [39] Mircea Lobontiu, Ioan Pasca (2010) Influence of tool axis inclination angle on the surface roughnessnin ball nose end milling of C45 material, Proceedings in Manufacturing Systems, Volume 5, 2010 P Aichouh, K D Bouzakis, K Efstathiou (2003) Determination of the chip geometry, cutting force and roughness in free form surfaces finishing milling with ball end tools International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol 43, Issue 5, April 2003, pp 499 - 514 Vopát Tomas, Peterka Jozef, Kováč Mario, Buranský Ivan (2014) The Wear Measurement Process of Ball Nose end Mill in the Copy Milling Operations, Procedia Engineering, Volume 6, Issue 9, ( 2014 ) pp 1038 – 1047 Y.Bao, I.N Tansel, T.T Arken, N.Mahendrakar (2000) Tool wear estimation in micro machining Part I: tool usage cutting force relationship International Journal of Machine tool and Manufacture 40, pp 599 – 608 Wenping Zou, Yunlong Zhu, Hanning Chen, and Beiwei Zhang (2011) Solving Multiobjective Optimization Problems Using Artificial Bee Colony Algorithm, Discrete Dynamics in Nature and Society, Volume 2011, Article ID 569784, 37 pages 108 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Bùi Long Vịnh, Nguyễn Ngọc Kiên, Trần Văn Địch, Lê Đức Bảo (2016), “Xác định quan hệ thực nghiệm chế độ cắt chất lượng bề mặt giải thuật PSO trung tâm gia công” Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc Cơ Khí – Động Lực ISBN:987-604-95-0040-4, số tháng 10/2016 trang (125-129) Nguyễn Ngọc Kiên, Phạm Thanh Tùng, Đặng Đức Bình, Bùi Long Vịnh (2016), “Xác định chế độ cắt tối ưu phương pháp trí tuệ nhân tạo để đảm bảo suất, chất lượng bề mặt trung tâm gia cơng” Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc Cơ Khí – Động Lực, ISBN:987-60495-0040-4, số tháng 10/2016, trang (110-114) Dương Tiến Thành, Nguyễn Ngọc Kiên, Bùi Long Vịnh (2016), “Ảnh hưởng chế độ cắt góc nghiêng dao đến chất lượng bề mặt gia công trung tâm gia công dao phay cầu” Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc Cơ Khí – Động Lực , ISBN:987-604-95-0040-4, số tháng 10/2016, trang (106-109) Bùi Long Vịnh, Trần Văn Địch, Nguyễn Ngọc Kiên (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng dao chế độ cắt đến lực cắt gia công trung tâm gia công dao phay cầu” Tạp chí khoa học cơng nghệ trường Đại học Công nghiệp Hà Nội,ISSN:1859-3585, số 39 tháng 04/2017, trang (53-56) Bùi Long Vịnh, Trần Văn Địch, Nguyễn Ngọc Kiên (2017), “Tối ưu hóa chế độ cắt góc nghiêng dao phay trung tâm gia công dao phay cầu” Tạp chí khí Việt Nam, ISSN:08667056 ,số năm 2017, trang 101-105 109 PHỤ LỤC A Giới thiệu phần mềm BKCIMNET Giao diện phần mềm Các bước chạy chương trình tối ưu phần mềm: Bước 1: nhập hàm Bước 2: nhập giá trị biên biến Bước 3: nhập thông số tối ưu (số lần lặp số cá thể) Bước 4: nhập giá trị biên hàm Ďiều kiện biên Bước 5: chọn phím chức “NHẬP” Bước 6: chọn phím chức “TÍNH” 110 Bước 7: kích chọn biểu tượng “ĐỒ THỊ” Bước 8: Kích chọn biểu tượng “ Đồ thị tối ưu” 111 B Code chương trình phần mềm: function tinh_toiuu_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to tinh_toiuu (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global low up sobien solanlap socathe pb p gb maxmt v gthb shb hb hmt shmt minmt xcc dataname tab tab_par; %disp(minmt); xcc = zeros(solanlap,1); choice = 1; choice = get(handles.pso_toiuu,'value'); for i = 1:sobien %Kiem tra xem da nhap du thong so chua if isnan(low(i,1)) warndlg('Chua nhap cac can cua bien','NHAP THIEU'); return; end if isnan(up(i,1)) warndlg('Chua nhap cac can cua bien','NHAP THIEU'); return; end end for i = 1:shb if isnan(gthb(i,1)) warndlg('Chua nhap cac gia tri ham bien','NHAP THIEU'); return; end end if choice==1 % PSO -% [pbest,gbest,t] = toiuu_anfis_pso(solanlap,socathe,sobien,hmt,gthb,low,up,hb,maxmt,minmt,pb ,p,gb,v,xcc); p = pbest; gb = gbest; xcc = t; end if choice~=1 % -% [p_end,best,t] = toiuu_anfis_abc(low,up,sobien,solanlap,socathe,p,gb,gthb,shb,hb,hmt,shmt, xcc); p = p_end; gb = best; xcc = t; end %% -xuat ket qua -%%% % o -o for i=1:socathe tab(i,1)=i; for j=1:sobien tab(i,j+1) = p(i,j); end for j=1:shb if ~isnumeric(hb{j}) tab(i,sobien+j+1) = hb{j}(p(i,:)); 112 else tab(i,sobien+j+1) = ham_nr(hb{j},p(i,:)); end end for j=1:shmt if ~isnumeric(hmt{j}) tab(i,sobien+shb+j+1) = hmt{j}(p(i,:)); else tab(i,sobien+shb+j+1) = ham_nr(hmt{j},p(i,:)); end end end %Loc bien Pareto if shmt == || shmt == cot = size(tab); hang = cot(1); cot = cot(2); tab_par = zeros(1,cot); kiemtra = zeros(hang,1); k = 1; if shmt == for i = 1:socathe for j = 1:socathe if (tab(i,cot-1) > tab(j,cot-1) && tab(i,cot) > tab(j,cot)) break; end end if j == socathe kiemtra(i) = 1; tab_par(k,2:cot) = tab(i,2:cot); k = k+1; end % if(tab(i,cot-1) tab(j,cot) && tab(i,cot-3) > tab(j,cot-3)) break; end end if j == socathe kiemtra(i) = 1; tab_par(k,2:cot) = tab(i,2:cot); k = k+1; end end end hang = size(tab_par); hang = hang(1); tab_par(1:hang,1) = [1:hang]'; %test % figure; % plot(tab_par(:,cot-1),tab_par(:,cot),'b*') 113 end % temp_tong = zeros(socathe,1); for i = 1:socathe for j = 1:shmt temp_tong(i,1) = temp_tong(i,1)+tab(i,sobien+shb+j+1); end end min_t = temp_tong(1); s_min_t = 1; for i = 1:socathe if temp_tong(i) < min_t min_t = temp_tong(i); s_min_t = i; end end sdatas = size(tab); hang = sdatas(1); cot = sdatas(2); sdata = cell(size(tab)); for i = 1:hang for j = 1:cot sdata{i,j} = num2str(tab(i,j)); end end for j = 1:cot sdata{s_min_t,j} = strcat('',sdata{s_min_t,j}); = sdata{1,j}; sdata{1,j} = sdata{s_min_t,j}; sdata{s_min_t,j} = tp; end sdata = cellstr(sdata); % -In ket qua % set(handles.table_toiuu,'Data',sdata); set(handles.table_toiuu,'ColumnWidth',{50}); dataname{1,1}='STT'; for i = 1:sobien i1 = num2str(i); dataname{1,i+1} = strcat('X',i1); end for i = 1:shb i1 = num2str(i); dataname{1,i + + sobien} = strcat('G',i1); end for i = 1:shmt i1 = num2str(i); dataname{1,sobien + + shb + i} = strcat('MT',i1); end set(handles.table_toiuu,'ColumnName',dataname); % % set(handles.xuat_excel_toiuu,'Enable','on'); C Các phiếu kết đo 114 ... tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng trục dao chế độ cắt đến suất nhám bề mặt gia công mặt cầu lồi trung tâm CNC trục? ?? giải vấn Ďề Ďánh giá mức Ďộ ảnh hưởng thông số công nghệ Ďầu vào (góc nghiêng. .. ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng trục dao chế độ cắt đến suất nhám bề mặt gia công mặt cầu lồi trung tâm CNC trục? ?? cần thiết cấp bách Kết Ďề tài làm tài liệu cho nhà công nghệ chọn chế Ďộ cắt. .. dao đến nhám bề mặt gia công máy CNC [ 35] tác giả Mircea Lobontiu, Ioan Pasca Tương tự nghiên cứu thay Ďổi góc nghiêng trục dao Ďến nhám bề mặt [ 15] Bài báo Ďã nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng trục