Luận văn thạc sĩ khoa học ứng dụng phương pháp taguchi để đánh giá mức độ ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công

Trang 1 ĐẶNG ĐỨC BÌNHBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- Đặng Đức Bình KỸ THUẬT CƠ KHÍ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI ĐỂ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NG

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tương, phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công

Phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt và năng suất trong gia công trên trung tâm CNC Nghiên cứu này tạo cơ sở cho việc xác định và điều chỉnh các thông số công nghệ hợp lý, nhằm đảm bảo chất lượng bề mặt đạt yêu cầu trong

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập

Luận văn thạc sĩ Khoa học

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia công trên trung tâm gia công CNC

- Nghiên cứu tổng quan về phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi

- Xây dựng mô hình thực nghiệm gia công chi tiết trên trung tâm gia công CNC, thu thập dữ liệu và xử lý dữ liệu

- Phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng của thông số công nghệ tới chất lượng và năng suất gia công bằng giải pháp Taguchi

Nghiên cứu mối quan hệ thực nghiệm và đánh giá ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt của chi tiết gia công trên trung tâm CNC sử dụng dao phay cầu Việc xác định các yếu tố như tốc độ cắt, độ sâu cắt và tiến trình gia công là rất quan trọng để tối ưu hóa chất lượng bề mặt Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quý giá cho các kỹ sư trong việc điều chỉnh chế độ gia công nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu chung là kết hợp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả

GIA CÔNG TRÊN TRUNG TÂM PHAY CNC 5 TRỤC

Tổng quan về trung tâm phay CNC 5 trục [3], [12], [13], [14]

Phay là phương pháp gia công cắt gọt kim loại phổ biến hiện nay, sử dụng dụng cụ cắt có lưỡi xác định, mang lại năng suất cao và chiếm tỷ lệ lớn trong công việc gia công kim loại Hệ thống công nghệ trong gia công phay CNC bao gồm trung tâm phay CNC, dao phay, đồ gá và chi tiết gia công.

Hiện nay, máy phay CNC được sử dụng phổ biến trong các nhà máy cơ khí nhờ vào ưu điểm vượt trội và vai trò quan trọng trong việc chế tạo các chi tiết đặc biệt với độ chính xác và chất lượng cao Mỗi xưởng gia công thường cần ít nhất một máy phay CNC để có thể gia công nhiều biên dạng từ đơn giản đến phức tạp một cách nhanh chóng và tự động Tuy nhiên, bề mặt gia công bằng máy phay CNC thường có dấu vết của dao cắt, vì vậy để đạt được độ bóng yêu cầu, cần thực hiện thêm bước đánh bóng bề mặt sau khi gia công.

Gia công trên trung tâm gia công 5 trục cho phép xử lý các bề mặt phức tạp và hầu hết các kích thước Thuật ngữ “5 trục” chỉ số hướng di chuyển của dụng cụ cắt, cho phép tiếp cận phôi từ mọi hướng và gia công 5 mặt trong một lần gá đặt Tính linh hoạt được cải thiện nhờ quá trình thay dao tự động và bộ thay dao, giúp giảm thời gian chạy không Trung tâm gia công CNC 5 trục có khả năng đưa dụng cụ đến bất kỳ điểm nào và thực hiện cắt với một góc nghiêng nhất định so với bề mặt chi tiết Ngoài ra, trung tâm gia công CNC có thể được trang bị phần mềm chuyên dụng để tối ưu hóa quy trình gia công.

Trung tâm gia công 5 trục mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các máy công cụ CNC thông thường, bao gồm khả năng điều khiển tốc độ cắt, lượng ăn dao và đo tự động trong quá trình gia công Các tính năng này cho phép điều chỉnh độ lệch nếu cần thiết, giúp tiết kiệm thời gian và tăng năng suất gia công hiệu quả.

- Có thể gia công các bề mặt phức tạp trong một lần gá đặt, giúp tăng năng suất gia công;

- Giúp tăng độ chính xác chi tiết do chi tiết không phải di chuyển giữa các lần gá đặt;

- Giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất do sử dụng ít thiết bị và đồ gá;

- Có thể sử dụng những dụng cụ cắt ngắn hơn với tốc độ cắt cao hơn, giúp hạn chế rung động và hư hỏng dụng cụ;

- Đạt được chất lượng bề mặt chi tiết tốt hơn

- Trung tâm gia công CNC 5 trục có thể được phân loại theo vị trí các trục quay được thực hiện, bao gồm:

- Trục chính mang dụng cụ cắt quay theo hai trục (kiểu đầu quay)

- Bàn máy mang phôi quay theo hai trục (kiểu bàn quay)

- Bàn máy thực hiện quay theo 1 trục, trục chính thực hiện quay theo 1 trục (kiểu kết hợp giữa đầu quay và bàn quay)

Hình 1.1: Mô hình trung tâm gia công 5 trục kiểu đầu quay

Hình 1.2: Mô hình trung tâm gia công 5 trục kiểu bàn quay

Hình 1.3: Mô hình trung tâm gia công 5 trục kiểu kết hợp bàn quay và đầu quay

Một số trung tâm gia công phay CNC 5 trục

Hình 1.4: Trung tâm gia công CNC UCP600

- Máy gia công: Máy phay cao tốc CNC 5 trục Mikron UCP600 Tốc độ trục chính từ 1-19600 vòng/phút Hệ điều hành của máy là Heidenhain iTNC530

- Máy phay CNC 5 trục: x = 530 mm; y = 450 mm; z2 = 450 mm; A =-90 ÷ 900; C = 0 ÷ 3600

- Hệ điều khiển: Heidenhain iTNC530

- Thiết kế kiểu công nghiệp

- Trục chính có khả năng quay thuận và ngược chiều kim đồng hồ

- Trục chính điều khiển tốc độ vô cấp từ 1 đến 19600 vòng/phút;

- Các điểm tham chiếu tự động

- Toàn bộ vùng làm việc được che chắn

- Các cơ cấu an toàn theo tiêu chuẩn Châu Âu

Hình 1.5: Trung tâm gia công CNC 5 trục SU85-A

- Hành trình các trục X/Y/Z(mm): 860x540x770

- Phạm vi quay trục C: 360˚ (ỉ 500 mm)

- Kích thước bàn (mm): 930x500x400; 1,092x502x400 (phương ngang)/150 (phương dọc)

- Tốc độ trục chính BT40 (vòng /phút): 15,000

- Chạy dao trục X/Y/Z | có tải (m/phút): 30/30/24 | 10

- Hệ thống thay dao tự động: tay gắp 24T

- Đường kớnh dao lớn nhất khi cú dao liền kề/ khụng cú dao liền kề (mm): ỉ 80/ ỉ150

- Sai số vị trí (JIS B 6338): ± 0.010 trên toàn hành trình

- Sai số vị trí (VDI 3441): P ≤ 0.010 mm/ toàn hành trình

- Sai số lặp lại (JIS B 6338): ± 0.003 mm

- Sai số lặp lại (VDI 3441): Ps max ≤ 0.005/ toàn hành trình

Công nghệ gia công bề mặt phức tạp trên Trung tâm phay CNC 5 trục [3], [5], [6], [13], [14], [15]

1.2.1 Đặc điểm cơ bản của Trung tâm phay CNC

1.2.1.1 Tính tự động hóa và linh hoạt cao

Các trung tâm phay CNC có khả năng thực hiện nhiều chuyển động tự động, cho phép gia công các sản phẩm phức tạp với nhiều phương pháp như phay, khoan và taro Chúng cũng nhanh chóng thích nghi với các đối tượng gia công khác nhau.

1.2.1.2 Tính tập trung nguyên công cao

Các trung tâm phay CNC có khả năng thực hiện một số lượng lớn các nguyên công khác nhau chỉ trong một lần gá

Các trung tâm phay CNC có khả năng gia công sản phẩm với độ chính xác cao, đảm bảo chất lượng bề mặt tốt và ổn định trong quá trình gia công.

1.2.1.4 Hiệu quả kinh tế cao

Các trung tâm phay CNC có tốc độ di chuyển nhanh, khả năng thay dao tự động và giảm thiểu thời gian phụ, nhờ đó nâng cao năng suất gia công Tự động hóa cao giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

1.2.2 Khả năng công nghệ của Trung tâm phay CNC

Trung tâm gia công phay CNC 5 trục có khả năng cắt gọt kim loại đa dạng nhờ vào hệ thống điều khiển máy tính và các ngôn ngữ lập trình mã hóa Dao cắt có thể di chuyển theo nhiều hướng như đường thẳng, đường tròn, ngang dọc, và trong không gian 3D Số lượng trục càng nhiều thì biên dạng gia công càng phong phú, bao gồm cả các biên dạng undercut.

Trung tâm gia công phay CNC 5 trục có khả năng thực hiện các công việc như phay, khoan, taro, doa, khoét và xọc với độ chính xác cao Máy phay CNC không chỉ gia công mà còn có thể đo khoảng cách một cách chính xác hơn so với thước thông thường Khác với máy phay cơ, máy phay CNC tự động thay dao, cho phép thực hiện liên tục các biên dạng khác nhau, từ đó rút ngắn thời gian gia công và nâng cao độ chính xác.

Máy CNC mới của Nhật, Đức có tuổi đời 10 năm trở lại thì có độ chính xác cao

Có thể gia công chi tiết với dung sai từ ±0.01 đến ±0.005, đáp ứng hầu hết các yêu cầu trong khuôn Đối với máy phay CNC cũ, độ chính xác tùy thuộc vào thương hiệu, thường đạt từ ±0.05 đến ±0.02 Các dòng máy phay CNC cũ xuất xứ từ Nhật Bản như MITSUBISHI, OKK, MAKINO và MORISEIKI nổi bật với độ chính xác cao.

Máy phay CNC cũ vẫn có thể đạt độ chính xác tương đương máy mới nếu được sử dụng dao chuẩn và lập trình hợp lý cho quá trình cắt thô và cắt tinh Mặc dù các dòng máy phay CNC từ Trung Quốc và Đài Loan có giá thành thấp hơn, nhưng độ chính xác của chúng thường không bằng các máy được sản xuất từ các nước G7.

1.2.2.3 Ứng dụng và lưu ý của máy CNC trong gia công

Khả năng gia công của máy phay CNC rất đa dạng, đặc biệt hữu ích cho việc gia công khuôn, giúp xưởng khuôn giải quyết nhiều vấn đề mà không máy nào có thể thay thế Tuy nhiên, máy phay CNC cũng có nhược điểm là bề mặt gia công thường để lại dấu dao cắt, không mịn màng Để cải thiện bề mặt, các linh kiện thường được làm nguội lại Đối với sản phẩm yêu cầu độ nhám bề mặt cao, máy CNC không đáp ứng được, nên cần sử dụng máy bắn điện hoặc các phương pháp khác để tạo nhám.

Dao hợp kim có khả năng gia công các vật liệu cứng, nhưng không thể xử lý hiệu quả những vật liệu có độ cứng cao (HRC 61 trở lên) Bên cạnh đó, giá thành của dao hợp kim trên thị trường vẫn còn tương đối cao.

Dao phay có biên dạng tròn, thường để lại cung R ở các góc; nếu sản phẩm không cho phép có cung R, cần gia công thêm bằng phương pháp khác như cắt dây hoặc bắn điện Độ chính xác của máy phay CNC có hạn, do đó, việc gia công các linh kiện có dung sai nhỏ hơn ±0.002 là không khả thi Để gia công chi tiết kim loại, cần gá kẹp cẩn thận vì lực ma sát giữa dao và kim loại lớn, gây khó khăn trong gia công các chi tiết mảnh, dễ bị biến dạng và ảnh hưởng đến độ chính xác cần thiết.

Khoảng cách giữa cán dao và đầu dao có giới hạn, điều này gây khó khăn trong việc gia công các hốc sâu Nếu không thể gia công hốc sâu, giải pháp là chia linh kiện thành nhiều tầng để có thể sử dụng máy phay CNC hiệu quả.

Chương này đã nghiên cứu tìm hiểu các vấn đề sau:

- Tổng quan về Trung tâm phay CNC 5 trục

- Tìm hiểu công nghệ gia công trên trung tâm phay CNC 5

- Nghiên cứu khả năng công nghệ và lĩnh vực ứng dụng của Trung tâm gia công phay CNC

- Các đặc trưng cơ bản khi gia công trên Trung tâm phay CNC 5 trục

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM

Phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi

Phương pháp Taguchi, được phát triển bởi giáo sư Nhật Bản Genichi Taguchi sau Thế chiến II, là một phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm hiệu quả.

2 Sau đó phương pháp được ứng dụng rất rộng rãi trong nước Nhật và trên toàn thế giới và đạt được kết quả cao trong sản xuất sản phẩm và kinh doanh bằng cách làm hài lòng khách hàng, làm hài lòng những mong muốn của họ Không những vậy phương pháp còn giúp tiết kiệm tiền bạc, thời gian để thiết kế ra một sản phẩm Theo phương pháp Taguchi một loạt các thí nghiệm được thực hiện theo các bảng trực giao được Taguchi đưa ra dựa trên nguyên tắc là cặp trạng thái của các yếu tố điều khiển trong hai cột bất kì có xác suất xuất hiện như nhau Với một bộ tham số chế độ công nghệ khi gia công vật liệu, đo đạc một số yếu tố đầu ra quan tâm như: độ nhấp nhô tế vi Ra, Rz; lực cắt F, năng suất cắt Q, lượng mòn dụng cụ,…trong đó mỗi yếu tố quan tâm lại được đo đạc nhắc lại nhiều lần để đảm bảo sự phản ánh chính xác mức ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến đầu ra quan tâm

2.1.1 Xây dựng thực nghiệm và kỹ thuật phân tích thực nghiệm Taguchi

2.1.1.1 Bảng trực giao a Bảng trực giao: (Orthogonal array: OA) để thiết kế thực nghiệm nhằm với ít phép thử nhất nhưng đạt đươc lượng thông tin nhiều nhất b Cách chọn bảng trực giao: Các yếu tố của thí nghiêm có n bậc tự do thì ta phải chọn bảng OA ít nhất có n cột, chỉ có như vậy thí nghiệm mới có thể thực hiện được Nếu chọn bảng có kích thước lớn hơn thì việc tiến hành thí nghiệm vẫn có thể thực hiện nhưng khi đó số thí nghiệm sẽ lớn hơn, đòi hỏi tốn nhiều kinh phí và thời gian, với bảng có kí hiệu Ln phải thực hiện n lần thử

Bảng trực giao của s mức, ký hiệu là OA N (S m), là một ma trận kích thước N x m Các cột trong ma trận này thể hiện cặp trạng thái của các yếu tố điều khiển.

Trong một bảng có hai cột, xác suất xuất hiện của 24 ký tự là như nhau Các ký tự này có thể là bất kỳ, nhưng thường được biểu diễn bằng các số 0, 1, 2, 3 để dễ dàng nhận diện.

Ví dụ bảng 1 và 2 minh họa hai bảng trực giao OA 4 (2 ) 3 , OA 8 (2 ) 7

Bảng 2.1: Bảng trực giao OA 4 (2 3 )

Trong bảng 1, mỗi cột có bốn trạng thái (0, 0), (0, 1), (1, 0), và (1, 1) xuất hiện đúng một lần Trong khi đó, ở bảng 2, một trong bốn trạng thái này xuất hiện chính xác hai lần Điều này cho thấy rằng các trạng thái này có số lần xuất hiện bằng nhau.

Bảng trực giao là công cụ lập kế hoạch quan trọng trong việc thực hiện thí nghiệm, trong đó mỗi cột của bảng đại diện cho một yếu tố ảnh hưởng đến kết

Các trạng thái trong từng cột phản ánh các mức độ của các yếu tố tác động Mỗi hàng đại diện cho một sự kết hợp khác nhau của các mức độ này Số lượng hàng trong bảng trực giao tương ứng với số lần thực hiện thí nghiệm.

Một bảng trực giao OA N (s m) bao gồm N hàng, m hệ số và s mức Các hàng trong bảng trực giao đại diện cho các khả năng thực hiện thí nghiệm, và nó là một phần của bộ thí nghiệm đầy đủ với s m của m nhân tố ảnh hưởng có s mức.

Trong bảng trực giao theo Taguchi, trạng thái của các cột bên trái ít thay đổi hơn so với trạng thái của các cột bên phải

Một bảng trực giao hoàn chỉnh có 2r hàng phải có 2 r -1 cột

Một ma trận trực giao với n hàng có tối đa n-1 cột Để xây dựng một bảng trực giao cho n mức của nhân tố ảnh hưởng, cần thực hiện theo các bước cụ thể.

Để xây dựng bảng, trước tiên cần xác định số cột cơ bản (r) và điền các mức vào các cột này Vị trí của các cột cơ bản được xác định từ 1 đến n r − 1 Các mức trong các cột cơ bản phải được sắp xếp sao cho bao gồm tất cả các khả năng kết hợp có thể xảy ra.

- Các trạng thái này thông thường được điền từ 0 đến n-1 (điều này do người thiết kế quy định)

- Để thuận tiện cho việc sắp xếp, ta nên xếp các trạng thái của cột bên trái biến đổi ít hơn các trạng thái của cột bên phải

- Trạng thái của r cột cơ bản này sẽ được sử dụng để tính toán trạng thái của các cột còn lại ở trong bảng

- Ta gắn tương ứng trạng thái của r cột cơ bản bởi các biến tương ứng x1, x2… xr.

Các cột cơ bản đã được thiết lập ở bước 1 sẽ được sử dụng để xác định trạng thái của các cột còn lại Quy tắc xác định trạng thái cho các cột này sẽ được quy định như sau:

Trạng thái = a1.x1 + a2.x2 + … + ar.xr (2.1) Trong đó: x1, x2 …xr là trạng thái của r cột cơ bản ; a1, a2….ar là các hệ số ;

Các hệ số a được xác định theo bảng sau :

Bảng 2.3: Bảng trực giao OA r (s r-1 )

Hệ số của x1, x2…xr a1 a2 … ar-1 ar

- Tính toán trạng thái của các cột còn lại thông qua trạng thái của r cột cơ bản và hàm trạng thái tương ứng

- Kết quả ghi trong bảng là số dư sau phép chia cho n

2.1.1.2 Tỷ số S/N a Định nghĩa: S/N (Signal to noise ratio) hay SNR là chỉ số biểu thị cường độ tương đối của tín hiệu so với nhiễu nền trong kênh truyền dữ liệu Nó mô tả mức độ sạch của việc truyền dữ liệu Nếu nhiễu nền trong đường truyền dữ liệu cao hơn tín hiệu, nó có thể làm giảm tốc độ truyền vì nguồn phải gửi lại các gói dữ liệu bị lỗi do nhiễu quá lớn

Thuật ngữ S/N, mặc dù bắt nguồn từ công nghệ điện tử, nhưng có thể áp dụng linh hoạt cho tất cả các phương pháp truyền thông và lĩnh vực khác.

Tín hiệu khói là một phương tiện truyền thông hiệu quả cho những người sống xa nhau và không có điện, miễn là không có các yếu tố gây nhiễu như sương mù hay mưa.

Thiết kế thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi

Để áp dụng phương pháp Taguchi trong việc đánh giá ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công, cần thực hiện các bước sau: đầu tiên, xác định các yếu tố ảnh hưởng và mức độ của chúng; tiếp theo, thiết lập các thí nghiệm theo thiết kế Taguchi để thu thập dữ liệu; sau đó, phân tích kết quả để xác định mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố; cuối cùng, tối ưu hóa các thông số công nghệ nhằm nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm.

Bước 1: Xác định các chức năng chính, các nhân tố tác động, các yếu tố đầu vào

Bước 2: Xác định các hệ số nhiễu, kiểm tra các điều kiện và các đặc tính chất lượng yêu cầu

Bước 3: Xác định các yếu tố cần tối ưu hóa

Bước 4: Xác định các yếu tố điều khiển và các mức của chúng

Bước 5: Lựa chọn bảng trực giao và ma trận thí nghiệm

Bước 6: Đưa ra các ma trận thí nghiệm

Bước 7: Phân tích dữ liệu: Dự đoán các giá trị tối ưu của tác động điều khiển và giá trị của kết quả

Bước 8: Đưa ra các thí nghiệm kiểm tra và lập kế hoạch xử lý sai số

Xây dựng, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào và nhiễu đến yếu tố đầu

2.3.1 Các yếu tố đầu vào

Các yếu tố đầu vào của quá trình phay bao gồm máy móc, phôi, chế độ cắt, dụng cụ gia công, phương pháp gia công và dung dịch trơn nguội Những yếu tố này có ảnh hưởng quyết định đến chi phí gia công, chất lượng bề mặt và độ chính xác của chi tiết gia công Trong điều kiện gia công cụ thể, chế độ cắt là thông số đầu vào duy nhất có thể thay đổi, trong khi các thông số khác thường giữ nguyên.

2.3.2 Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay

Trong quá trình phay, các đại lượng đặc trưng như lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao và rung động đóng vai trò quan trọng Những yếu tố này không chỉ bị ảnh hưởng bởi các thông số đầu vào mà còn có sự tương tác lẫn nhau trong quá trình cắt, từ đó tác động trực tiếp đến chất lượng và chi phí gia công Do đó, nghiên cứu về các đại lượng này luôn là mục tiêu hàng đầu trong nhiều công trình nghiên cứu.

2.3.3 Các thông số đầu ra a Chất lượng gia công

Chất lượng gia công là yếu tố cơ bản trong mọi quá trình gia công, phản ánh khả năng làm việc của chi tiết gia công Nó bao gồm nhiều tiêu chí đánh giá như sai lệch kích thước, hình dạng và chất lượng bề mặt Bên cạnh đó, chi phí gia công và năng suất gia công cũng là những yếu tố quan trọng cần được xem xét để đảm bảo hiệu quả trong sản xuất.

Chi phí gia công và năng suất gia công thường được sử dụng làm hàm mục tiêu trong nghiên cứu tối ưu hoá nguyên công Đối với nguyên công phay, hàm chi phí gia công K = f(V, Sz, B, t) thường được chọn làm mục tiêu để xác định chế độ cắt tối ưu, trong đó các chỉ tiêu chất lượng nguyên công được xem là điều kiện ràng buộc.

Hình 2.1: Mô hình hóa quá trình cắt khi phay

CÁC YẾU TỐ XUẤT HIỆN TRONG QUÁ TRÌNH PHAY

- Ðộ cứng vững của máy

- Nang suất gia công PHÔI

- Hình dáng hình học, kích thước phôi

- Ðộ cứng vững của máy

- Kiểu dao, vật liệu làm dao

- Sai lệch hình dáng hình học, kích thước và vị trí tương quan

- Tổ chức lớp bề mặt

- Tính chất cơ lý lớp bề mặt

2.4 Ưu điểm của phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi so với các phương pháp truyền thống khác

Quá trình tính toán và dự đoán sự ảnh hưởng giữa các yếu tố thường dựa vào hệ số tương quan, cho thấy xu hướng ảnh hưởng của yếu tố độc lập đến yếu tố phụ thuộc, cũng như mức độ chặt chẽ của mối quan hệ Hệ số tương quan gần 1 chỉ ra mối quan hệ tuyến tính chặt chẽ, trong khi gần 0 cho thấy mối quan hệ yếu hoặc không tồn tại Tuy nhiên, trong kỹ thuật cơ khí, các mối quan hệ thường là phi tuyến, do đó, phương pháp phân tích hệ số tương quan không cung cấp thông tin định lượng về mức độ ảnh hưởng của các yếu tố Điều này rất quan trọng trong kỹ thuật điều khiển, giúp xác định yếu tố nào tác động nhiều nhất hoặc ít nhất, từ đó đưa ra quyết định tham gia vào việc điều khiển yếu tố đó.

Phương pháp phân tích hệ số tương quan không xem xét các yếu tố không điều khiển như yếu tố ngẫu nhiên, sai số khi đo, rung động từ bên ngoài và nhiệt độ môi trường, dẫn đến việc sai lệch bản chất ảnh hưởng giữa các yếu tố Để có một phân tích chính xác về mức độ ảnh hưởng, cần làm rõ các thông tin liên quan đến những yếu tố này.

- Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố độc lập đến yếu tố đầu ra

- Yếu tố tác động lẫn ảnh hưởng đến yếu tố đầu ra

- Xác định định lượng mức độ ảnh hưởng

Các yếu tố nhiễu có thể ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đầu ra Để đánh giá tác động của các yếu tố này, phương pháp phân tích phương sai (ANOVA - Analysis of Variance) thường được sử dụng.

Phương pháp phân tích phương sai cho phép tính toán giá trị trung bình và độ phân tán của các số liệu đầu ra một cách độc lập Giá trị trung bình của thông số đầu ra quan tâm được sử dụng để thực hiện các phép tính cần thiết, nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về dữ liệu.

Bảng 2.5: Kết quả thực nghiệm sử dụng để xử lý kết quả

… … … … n nv ns nt ytbn S/Nn

Cách tính này không xem xét ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu từ các lần đo khác nhau và các sai số ngẫu nhiên khác có thể ảnh hưởng đến kết quả đầu ra.

Phương pháp Taguchi được thiết kế để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố chính và yếu tố nhiễu trong quá trình làm việc, như rung động từ bên ngoài và sai số ngẫu nhiên của thiết bị đo, có thể làm sai lệch kết quả đầu ra mong muốn Các giá trị đầu ra bị ảnh hưởng bởi nhiễu thường phân bố xung quanh giá trị trung bình ytb với độ phân tán  Khác với phương pháp phân tích phương sai (ANOVA), phương pháp Taguchi không dựa vào giá trị trung bình ytb cho các tính toán, mà sử dụng tỷ số S/N để đánh giá hiệu quả.

Trong phân tích Taguchi sử dụng tỷ số S/N thay cho giá trị trung bình để quá trình đánh giá kết quả chính xác hơn:

Việc sử dụng tỷ số S/N cho phép lựa chọn bộ thông số tối ưu bằng cách giảm thiểu độ phân tán của các giá trị xung quanh giá trị mong muốn, đồng thời tìm ra giá trị trung bình gần nhất với giá trị này.

- Tìm hiểu phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi, ưu nhược điểm của phương pháp

- Các bước thiết kế thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi

Xây dựng đồ thị để thể hiện ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt như tốc độ cắt (v), độ sâu cắt (S), và thời gian cắt (t) đến chất lượng bề mặt Rz Điều này sẽ tạo cơ sở cho việc phát triển hàm quan hệ toán học mô tả mối liên hệ giữa các thông số chế độ cắt và độ nhám bề mặt Rz.

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Mục đính của thí nghiệm [1], [2], [4]

Mục đích của thí nghiệm là đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt trong gia công trên trung tâm phay CNC 5 trục Nghiên cứu cũng nhằm xác định hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số đầu ra và chế độ cắt, cụ thể là Rz = f(S, v, t).

Mô hình thực nghiệm

Quá trình gia công phay được biểu diễn bằng sơ đồ như hình 3.1

Các đại lượng ngẫu nhiên

QUÁ TRÌNH PHAY TRÊN TRUNG TÂM PHAY CNC

Các đại lượng đầu vào

- Chiều sâu cắt t Ðại lượng đầu ra Rz

Các đại lượng cố định

Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu quá trình phay bằng thực nghiệm

Trong nghiên cứu, việc xem xét ảnh hưởng của nhiều yếu tố đầu vào đến các đại lượng đầu ra sẽ giúp bài toán trở nên toàn diện hơn Tuy nhiên, điều này cũng gây khó khăn cho quá trình nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn Do đó, cần dựa vào kinh nghiệm sản xuất để lựa chọn sơ đồ nghiên cứu với các thông số đầu vào là các yếu tố công nghệ có thể thay đổi trong quá trình gia công Khi kết quả nghiên cứu đã được khẳng định là tích cực, có thể mở rộng nghiên cứu cho các loại vật liệu gia công trên các thiết bị khác nhau.

Tác giả đã xây dựng sơ đồ nghiên cứu quá trình phay trên trung tâm phay CNC, bao gồm các đại lượng đầu vào như hình 3.1 Nghiên cứu này được thực hiện tại Trung tâm hỗ trợ đào tạo, nghiên cứu và đổi mới công nghệ cơ khí, thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Dựa trên sơ đồ nghiên cứu quá trình phay, tác giả đã thiết lập một mô hình thí nghiệm để thực hiện phay trên trung tâm gia công CNC, như thể hiện trong hình 3.2 Các thông số được xác định và đánh giá đồng thời trong quá trình thí nghiệm thực nghiệm.

Hình 3.2: Mô hình thực nghiệm

Phôi Dao Ê tô Bàn máy

3.2.3 Các đại lượng đầu vào

- Vận tốc cắt nằm trong khoảng: 150 (m/ph) ≤ v ≤ 190 (m/ph)

- Lượng chạy dao nằm trong khoảng:200 ≤ S ≤ 600 (mm/phút)

- Chiều sâu cắt t: nằm trong dải 0.1 ≤ t ≤ 0.3 mm

- Góc nghiêng dao nằm trong khoảng:10° ≤  ≤ 68°

3.2.4 Các đại lượng đầu ra

Độ nhám bề mặt chịu ảnh hưởng lớn từ chế độ cắt và mối quan hệ giữa dụng cụ cắt và phôi Cụ thể, chỉ số Rz phụ thuộc vào các yếu tố như vận tốc cắt (v), chiều sâu cắt (S) và thời gian cắt (t).

3.2.5 Các đại lượng cố định

Các đại lượng nhiễu là những yếu tố không mong muốn xuất hiện trong quá trình gia công, có thể xảy ra một cách ngẫu nhiên hoặc theo quy luật, và không thể kiểm soát được.

Sự không đồng nhất trong thành phần hóa học và độ cứng của vật liệu gia công, cùng với biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ và rung động phát sinh trong quá trình cắt, cũng như rung động từ các nguồn bên ngoài, đều ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng và hiệu suất của quá trình gia công.

Điều kiện thí nghiệm

3.3.1 Trung tâm gia công CNC

Quá trình phay diễn ra trên Trung tâm gia công CNC 5 trục MIKRON UCP 600 tại Trung tâm hỗ trợ đào tạo và nghiên cứu đổi mới công nghệ cơ khí thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Bảng 3.1: Đặc tính kỹ thuật của máy phay MIKRON UCP 600

TT Đặc tính kỹ thuật Giá trị

4 Hành trình làm việc trục X (mm) x = 600 mm

5 Hành trình làm việc trục Y (mm) y = 450 mm

6 Hành trình làm việc trục Z (mm) z = 450 mm;

7 Hệ điều khiển Heidenhain iTNC530

8 Tốc độ điều khiển (vòng/phút) Vô cấp đến 19600 (v/ph)

9 Ổ chứa dao Tối đa 30 dao

10 Xuất xứ Thụy Sĩ - Thiết kế kiểu công nghiệp

Hình 3.3: Hình ảnh máy UCP 600

3.3.2.1 Thành phần hóa học và cơ tính

Vật liệu thí nghiệm được sử dụng phổ biến trong gia công khuôn mẫu là thép hợp kim SKD11 theo tiêu chuẩn Nhật Bản [JIS-G4404] Thép SKD11 sau khi trải qua quá trình nhiệt luyện có độ cứng và độ bền nén cao, đồng thời sở hữu khả năng chống va đập và chống biến dạng tốt Đặc biệt, thép này còn duy trì được độ cứng ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu tính bền và ổn định.

Thép SKD11 là loại vật liệu phổ biến trong sản xuất khuôn đùn, khuôn ép nhựa và khuôn đúc áp lực, cũng như trong việc chế tạo các chi tiết có yêu cầu tính chất sử dụng đặc biệt.

Bảng 3.2: Thành phần hóa học và cơ tính của thép SKD11

Ký hiệu c Si Mn P S Cr Mo V

Nhiệt độ Môi trường Nhiệt độ

Làm nguội bằng khí Làm nguội bằng dầu

Kích thước của phôi: 70x70x110 (mm); phôi này sử dụng để gia công trên trung tâm gia công, đo thông số độ nhám bề mặt Rz

Dụng cụ cắt được sử dụng là dao phay đầu cầu của hãng YG, Hàn Quốc Các thông số của dao được thể hiện ở bảng 3.3

Bảng 3.3: Các thông số của dao phay đầu cầu sử dụng trong thí nghiệm

Dao phay đầu cầu liền khối EMC56 Đường kớnh dao ỉ10 mm

Chiều dài tổng thể 75 mm

Tốc độ cắt khuyến cáo 150-190 m/phút

Hình 3.4: Dao phay cầu sử dụng trong thí nghiệm

Sử dụng ê tô kẹp thủy lực, một thiết bị quan trọng đi kèm với máy, hiện có sẵn tại trung tâm gia công CNC của Đại học Bách Khoa Hà Nội, nơi hỗ trợ đào tạo, nghiên cứu và đổi mới công nghệ cơ khí.

3.3.5 Các thông số cố định khác

Trong quá trình thí nghiệm các điều kiện khác cũng được cố định như:

- Kích thước phôi thí nghiệm không đổi (chiều dài, chiều rộng)

- Nhiệt độ theo nhiệt độ phòng thí nghiệm

Thiết bị đo

Thiết bi đo chiều cao nhấp nhô bề mặt

Máy đo chiều cao nhập nhô bề mặt SJ - 400, hàng Mitutoyo, Nhật Bản

Bảng 3.4: Tính năng kỹ thuật của máy SJ - 400

STT Đặc tính kỹ thuật Giá trị

3 Kích thước (dài x rộng x cao) 550x400x600 (mm)

Xây dựng quy hoạch thực nghiệm [4], [5], [10]

Dữ liệu thí nghiệm theo phương pháp Taguchi được tổ chức trong bảng ma trận trực giao (Orthogonal array: OA), giúp tối ưu hóa số lượng thí nghiệm với thông tin thu được tối đa Để thực hiện thí nghiệm với n yếu tố có n bậc tự do, cần chọn bảng OA với ít nhất n cột, đảm bảo tính khả thi của thí nghiệm.

Luận văn khảo sát chế độ cắt khuyến cáo từ hãng YG Hàn Quốc và kinh nghiệm thực tế của tác giả trên trung tâm CNC Dải tốc độ được xác định với 5 mức cho mỗi yếu tố điều khiển, mỗi mức phản ánh một trạng thái cụ thể Với 3 thông số chính là vận tốc cắt (v), lượng tiến dao (S), và chiều sâu cắt (t), mỗi yếu tố được chia thành 5 mức từ 1 đến 5.

Để thực hiện thí nghiệm hiệu quả, cần sử dụng bảng ma trận thí nghiệm trực giao Taguchi OA25 (5 3), được thiết kế cho 3 yếu tố, mỗi yếu tố có 5 mức giá trị Tổng cộng, sẽ có 25 thí nghiệm cần được tiến hành theo bảng này.

Bảng 3.5 trình bày các giá trị ký hiệu từ 1 đến 5, tương ứng với 5 mức giá trị của từng yếu tố Dựa trên thực tế và khuyến cáo của nhà sản xuất dụng cụ cắt, tác giả đã khảo sát và thể hiện cụ thể 5 mức của mỗi yếu tố trong bảng này.

Bảng 3.6: Bảng thông số chế độ cắt

Tiến hành thí nghiệm và thu thập dữ liệu

Thí nghiệm được thực hiện với phôi thép SKD11 trong điều kiện môi trường đồng nhất, đảm bảo độ ổn định và đồng nhất cao Quá trình cắt được tiến hành theo 25 chế độ cắt theo phương pháp Taguchi, mỗi chế độ được thực hiện 3 lần và đo độ nhám tại 3 vị trí khác nhau Kết quả độ nhám Rz được tính bằng cách lấy trung bình giá trị của 3 lần đo, được trình bày trong bảng kết quả.

Bảng 3.7: Kết quả thực nghiệm gia công

Hình 3.5: Hình ảnh bề mặt chi tiết sau khi phay

- Xây dựng mô hình thí nghiệm gia công thép SKD11 trên trung tâm 5 trục Mikron UCP600 bằng dao phay cầu

- Sử dụng phương pháp Taguchi để thiết kế thực nghiệm và đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ v, S, t đến độ nhám bề mặt Rz

- Thu thập dữ liệu độ nhám bề mặt Rz với 25 chế độ cắt theo bẳng thực nghiệm Taguchi

XÂY DỰNG HÀM QUAN HỆ TOÁN HỌC, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TAGUCHI

Ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi

4.1.1 Xử lý dữ liệu thực nghiệm [16], [17], [18]

Xác định tỷ số S/N (Signal to noise-độ sạch của tín hiệu) Tỷ số S/N có đơn vị là đêxiben (db) và được tính:

MSD là độ lệch trung bình bình phương và tính cho các trường hợp khác nhau:

Nếu giá trị đầu ra cần tối ưu hóa về mặt nhỏ nhất, như độ nhám bề mặt, bước nhám, lực cắt và mòn dao, thì MSD được tính theo công thức cụ thể.

- Nếu giá trị đầu ra mà là đại lượng có tính chất càng lớn càng tốt: năng suất gia công thì MSD được tính bằng công thức:

- Nếu giá trị đầu ra cần đảm bảo một giá trị danh nghĩa hoặc một giá trị cần y0 nào đó thì MSD được tính bằng công thức:

Trong phân tích Taguchi sử dụng tỷ số S/N thay cho giá trị trung bình để quá trình đánh giá kết quả chính xác hơn:

Sử dụng tỷ số S/N giúp lựa chọn bộ thông số tối ưu bằng cách giảm thiểu độ phân tán của các giá trị xung quanh giá trị mong muốn, đồng thời tìm giá trị trung bình gần nhất với giá trị đó.

Tỷ số S/N được sử dụng để so sánh thông tin giữa giá trị trung bình gần nhất và giá trị mong muốn, đồng thời đánh giá độ lệch của các giá trị xung quanh giá trị mong muốn.

Tổng độ lệch trung bình bình phương (MSD) càng lớn thì các giá trị yi càng xa giá trị đích mong muốn, dẫn đến tỷ số S/N càng nhỏ Điều này cho thấy rằng khi nhiễu ít, giá trị S/N sẽ cao hơn và ngược lại Tỷ số S/N được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố không điều khiển được, đồng thời phản ánh độ sạch của tín hiệu đầu ra so với các tín hiệu nhiễu Giá trị đầu ra mong muốn là y0 (giá trị đích) - giá trị không bị nhiễu Các yếu tố nhiễu làm sai lệch giá trị đích và khiến các giá trị đầu ra không đạt được mức mong muốn, gây ra ảnh hưởng tiêu cực từ các yếu tố chế độ cắt đến đầu ra.

Hình 4.2 minh họa quá trình thu nhận dữ liệu đầu ra từ hai tập dữ liệu khác nhau nhưng sử dụng cùng một bộ thông số đầu vào Trong điều kiện lý tưởng, nếu không có yếu tố nhiễu, một bộ thông số đầu vào cụ thể sẽ dẫn đến một giá trị đầu ra y0 và ytb nhất quán.

Giá trị đầu ra Tần suất

Hình 4.1: Phân bố đầu ra thực và giá trị đích

Giá trị đầu ra mong muốn duy nhất là y0, nhưng trong thực tế, yếu tố nhiễu luôn tồn tại, gây sai lệch cho các giá trị thực xung quanh y0 Theo hình 4.2, tập dữ liệu 2 ít bị nhiễu hơn tập 1 do tỷ số S/N của tập 2 lớn hơn, cho thấy quá trình gia công và đo đạc trong điều kiện của tập số 2 hiệu quả hơn so với tập số 1.

Khi sử dụng tỷ số S/N trong phân tích tính toán đã đem lại tính hiệu quả hơn:

- Số bậc tự do cho thực nghiệm giảm đi

Tỷ số S/N không chỉ đánh giá giá trị trung bình mà còn xem xét độ lệch trung bình bình phương trong cùng một thời điểm Thêm vào đó, nó còn được áp dụng để tái tính giá trị y ban đầu.

Tỷ số S/N thể hiện khả năng tập trung xung quanh giá trị đích y0, do đó việc sử dụng tỷ số S/N thay vì giá trị trung bình của tập số liệu thí nghiệm sẽ cung cấp đánh giá chính xác hơn về ảnh hưởng của các yếu tố chính điều khiển và các yếu tố nhiễu không điều khiển được.

Hình 4.2: Ảnh hưởng của độ nhiễu lên kết quả đầu ra tính theo tỷ số S/N

Trong bài toán này, yếu tố đầu ra (Rz) càng bé càng tốt, vì thế ta áp dụng công thức (4.5) sử dụng tính toán cho trường hợp này

Từ kết quả thực nghiệm ở bảng 2, tỷ số S/N được xác định theo bảng sau:

Bảng 4.1: Bảng tính tỷ số S/N

4.1.2 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi [16], [17], [18]

Trong quá trình phân tích số liệu trong bảng 4.2, tỷ số S/N được sử dụng để đánh giá chất lượng bề mặt Chỉ tiêu Rz càng nhỏ thì chất lượng bề mặt càng tốt, do đó tỷ số S/N được tính theo công thức phù hợp để tối ưu hóa chỉ tiêu này.

Tính phương sai tổng ST:

Tính phương sai thành phần: nv = ns = nt =5

=   − Giá trị trung bình bình phương do yếu tố nhiễu gây ra là:

Mức độ ảnh hưởng của mỗi yếu tố chính và yếu tố nhiễu:

= S = Bảng 4.2: Bảng tổng hợp phương sai theo phương pháp Taguchi

ST Sv SS St Se Pv PS Pt Pe

Ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình cắt là rất đáng kể, với lượng tiến dao chiếm 80,89%, vận tốc cắt 12,61% và chiều sâu cắt 6,4% Do đó, việc tập trung vào việc điều khiển lượng tiến dao sẽ mang lại hiệu quả tối ưu nhất trong quá trình gia công.

Lượng tiến dao 62 trong dải cắt với vật liệu thép SKD11 mang lại hiệu quả cao nhất Vận tốc cắt và chiều sâu cắt có ảnh hưởng không đáng kể so với lượng tiến dao, vì vậy cần lựa chọn điều khiển hai yếu tố này hợp lý tùy theo điều kiện cắt thô hay cắt tinh Ngoài ra, yếu tố nhiễu cũng cần được chú ý do ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt gia công (14,74%) Các yếu tố nhiễu bao gồm tác động từ bên ngoài, rung động, biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, mòn dao trong quá trình gia công và sai số khi đo đạc, thu thập dữ liệu.

Đồ thị ảnh hưởng của các mức chế độ cắt đến chất lượng bề mặt

Theo phương pháp thực nghiệm Taguchi, các yếu tố như vận tốc cắt, lượng tiến dao và chiều sâu cắt được đánh giá dựa trên tỷ số S/N trung bình của từng yếu tố, giúp xác định mức độ ảnh hưởng của chúng.

4.2.1 Ảnh hưởng của yếu tố vận tốc cắt

Bảng 4.3: Bảng tổng hợp kết quả vận tốc cắt v 1 v 2 v 3 v 4 v 5

Hình 4.3: Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của vận tốc cắt

Theo đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng củavận tốc cắt thấy rằng gia công ở mức v1 sẽ cho kết quả tốt nhất

4.2.2 Ảnh hưởng của yếu tố lượng chạy dao

Bảng 4.4: Bảng tổng hợp kết quả lượng chạy dao

Hình 4.4: Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của lượng tiến dao

Theo đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của lượng tiến dao thấy rằng gia công ở mức S3 sẽ cho kết quả tốt nhất

4.2.3 Ảnh hưởng của yếu tố chiều sâu cắt

Bảng 4.5: Bảng tổng hợp kết quả chiều sâu cắt t 1 t 2 t 3 t 4 t 5

Hình 4.5: Đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của chiều sâu cắt

Theo đồ thị phân bố các mức ảnh hưởng của chiều sâu cắt thấy rằng gia công ở mức t2 sẽ cho kết quả tốt nhất

Với yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác và hiệu quả sử dụng máy móc linh hoạt, phương pháp thực nghiệm Taguchi trở thành lựa chọn ưu việt để phân tích và lựa chọn các thông số chế độ cắt trên thiết bị gia công Phương pháp này mang lại nhiều lợi thế so với phân tích phương sai ANOVA.

Kết quả phân tích cho thấy, trong quá trình gia công vật liệu SKD11 bằng dao phay cầu trên Trung tâm gia công CNC, lượng tiến dao có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng bề mặt Rz, tiếp theo là vận tốc cắt, trong khi chiều sâu cắt có ảnh hưởng không đáng kể Vì vậy, khi điều khiển các thông số chế độ cắt, cần ưu tiên kiểm soát thông số lượng tiến dao S để nâng cao chất lượng gia công.

Trong các mức tác động của mỗi yếu tố chế độ cắt v, S, t qua quá trình phân tích thực nghiệm xác định:

- Với yếu tố vận tốc cắt nên điều khiển quanh mức v1

- Với yếu tố lượng tiến dao nên điều khiển quanh mức S3

- Với yếu tố chiều sâu cắt nên điều khiển quanh mức t2.

Xây dựng hàm quan hệ toán học [4], [20], [21]

Thiết lập mối quan hệ giữa thông số chế độ cắt và độ nhám bề mặt thông qua phương pháp hồi quy thực nghiệm là một bước quan trọng Để đánh giá các hàm số, người ta thường dựa vào tổng độ lệch bình phương giữa các điểm thực nghiệm và điểm dự đoán E, với mục tiêu giảm thiểu E càng nhiều càng tốt.

Với Ei là khoảng cách giữa điểm thực đo Aiđo và điểm tính toán dự đoán bởi phương pháp Aitt

Khi áp dụng tiêu chuẩn độ lệch E, việc giảm thiểu độ lệch này có thể dẫn đến sai lệch tương đối lớn tại các điểm và độ phân tán cao, mặc dù vẫn đáp ứng tiêu chuẩn Tiêu chuẩn độ lệch E không đảm bảo tìm ra mối quan hệ tối ưu cho dữ liệu thực nghiệm Do đó, để cải thiện khả năng dự đoán chính xác, nên thay thế tiêu chuẩn độ lệch E bằng tiêu chuẩn sai lệch trung bình tại các điểm dự đoán tb và độ phân tán sai số  Một hàm quan hệ thực nghiệm chất lượng cao cần đảm bảo sai lệch tại từng điểm dự đoán  và sai số trung bình tb cùng độ phân tán  đều ở mức tối thiểu.

A itt y ido y itt Ðường quan hệ thực đo Ðường quan hệ dự đoán

Hình 4.6: Đường quan hệ thực nghiệm và dự đoán

Dựa trên kết quả thực nghiệm, chúng tôi đã xây dựng hàm biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt và chất lượng bề mặt Đối với độ nhám bề mặt Rz, hàm thường được sử dụng hiện nay để thể hiện mối liên hệ này là:

Sử dụng phần mềm Minitab để xác định các hệ số của phương trình và tính toán sai số trung bình tb cùng độ phân tán của các sai số  Chạy chương trình để thu được công thức thể hiện mối quan hệ giữa thông số chế độ cắt và độ nhám bề mặt Rz.

Iterations 2 Final SSE 4,79230 DFE 10 MSE 0,479230

S 0,692265 Lần lượt kiểm tra tb và  của công thức ta thu được:

Dựa trên công thức tính sai số trung bình của các sai số dự đoán tb và độ phân tán sai số  nhỏ trong mức cho phép, chúng ta lựa chọn công thức 4.11 để thể hiện mối quan hệ giữa thông số chế độ cắt và độ nhám bề mặt.

Phân tích thực nghiệm với phương pháp Taguchi cho thấy rằng khi gia công bằng dao phay cầu D10 trên trung tâm CNC Mikron UCP600 với vật liệu SKD11, độ nhám bề mặt đạt mức tối ưu tại chế độ cắt v1 = 150 m/phút, S3 = 400 mm/phút và t2 = 0,2 mm.

Mô hình toán học xác định mối quan hệ giữa thông số chế độ cắt và độ nhám bề mặt được xây dựng dựa trên phương pháp bình phương cực tiểu kết hợp với phân tích phương sai của sai số (θtb và σ).

Chương này đã nghiên cứu các vấn đề sau:

Đánh giá sự ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến độ nhám bề mặt bằng phương pháp Taguchi cho thấy rằng lượng tiến dao có ảnh hưởng lớn nhất, chiếm 80,89% Tiếp theo, vận tốc cắt đóng góp 12,61%, và chiều sâu cắt đứng thứ ba với 6,4%.

- Xây dựng đồ thị biểu diện sự ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt (v, S, t) đến chất lượng bề mặt Rz

Xây dựng hàm quan hệ toán học để biểu diễn mối liên hệ giữa các thông số chế độ cắt như vận tốc (v), diện tích cắt (S) và thời gian cắt (t) với độ nhám bề mặt Rz Từ đó, xác định các yếu tố công nghệ cần thay đổi để đạt được ảnh hưởng tối đa đến chất lượng bề mặt.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công trên trung tâm gia công CNC bằng dao phay cầu với vật liệu thép SKD11, sử dụng phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi Nghiên cứu đã đạt được những kết quả quan trọng, góp phần nâng cao hiểu biết về mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và chất lượng bề mặt sản phẩm.

1 Đánh giá ảnh hưởng của góc nghiêng dao và chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi gia công thép SKD11 trên trung tâm gia công 5 trục UCP600 bằng dao phay cầu

2 Ứng dụng phương pháp Taguchi xác định mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt

3 Xây dựng đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến chất lượng bề mặt theo phương pháp Taguchi

4 Xây dựng mối quan hệ toán học bằng thực nghiệm giữa chế độ cắt với chất lượng bề mặt Từ đó, xác lập mối quan hệ giữa các thông số độ nhám bề mặt với chế độ công nghệ để người làm công nghệ điều khiển máy gia công với chế độ công nghệ phù hợp theo độ nhám yêu cầu

1 Tiếp tục sử dụng ý tưởng và ứng dụng phương pháp Taguchi để đánh giá mức độ ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công trên Trung tâm gia công CNC bằng các phương pháp gia công khác và các loại vật liệu khác

2 Sử dụng kết quả và phương pháp nghiên cứu của luận văn làm tiền đề nghiên cứu cho quá trình gia công trên Trung tâm gia công bằng dao phay cầu, ứng dụng vào sản xuất thực tiễn

Tiêu đề	Ứng Dụng Phương Pháp Taguchi Để Đánh Giá Mức Độ Ảnh Hưởng Của Chế Độ Công Nghệ Đến Chất Lượng Bề Mặt Khi Gia Công
Tác giả	Đặng Đức Bình
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Ngọc Kiên
Trường học	Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật cơ khí
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	1,89 MB