Nghiên cứu xác định chế độ cắt cho máy tiện CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG MINH LONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÁY TIỆN CNC Chuyên ngành : Cơ điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Văn Huyến Hà Nội – Năm 2012 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình, đồ thị MỞ ĐẦU ………………………….……………………………… … .…1 Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 1.1 Chất lượng bề mặt gia công 1.1.1 Khái quát chất lượng bề mặt gia công……………… ….7 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công….… 1.2 Độ xác gia công ………………………….… ………… .13 1.2.1 Khái quát độ xác gia công … ……….….… … 13 1.2.2 Các nguyên nhân gây sai số gia công ………… 14 Kết luận chương …………………………………………… …… 32 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 2.1 Phương pháp thống kê kinh nghiệm ………………………… ….33 2.2 Phương pháp chọn ……………………………… …………… 33 2.2.1 Khái niệm …………………………… ………… … ….33 2.2.2 Nhiệm vụ phương pháp chọn ………………… … 34 2.2.3 Xác định qui luật phân bố đại lượng ngẫu nhiên … 34 2.2.4 Kiểm tra giả thuyết ………………… ……… … …35 2.3 Phương pháp thống kê xác suất ………………………… ……… 35 2.3.1 Phương thức tiến hành ……………………………… .…35 2.3.2 Quy luật sai số gia công công nghệ chế tạo máy…… .… 36 2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm …………………… …….38 2.4.1 Qui hoạch trực giao cấp I ……………………………………….… 39 2.4.2 Qui hoạch trực giao cấp II …………………………………… ….40 Kết luận chương …………………………………………………… ……….…53 Chương THIẾT KẾ, THỰC HIỆN THỰC NGHIỆM 3.1 Thiết kế thực nghiệm……………………………………………….…………54 3.1.1 Mô hình hóa thí nghiệm…………………………………………… 54 3.1.2 Mô tả hệ thống thí nghiệm………………………… … 55 3.2 Kết thực nghiệm…………………………………………… 62 3.2.1 Kết thí nghiệm gia công…………………………… .62 3.2.2 Xác định hàm hồi qui………………….……………….………………64 Kết luận chương ………………………………………… … … ……………73 Chương XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 4.1 Phân tích lựa chọn phương pháp xử lý kết thực nghiệm….……………74 4.2 Ứng dụng phần mềm MATLAB để xử lý kết thực nghiệm………………74 4.2.1 Khảo sát tìm cực trị hàm hồi qui………………… ……………….74 4.2.2 Phân tích kết nghiên cứu……………………………………… .76 4.3 Kiểm chứng kết thực nghiệm………………………… 82 Kết luận chương 4………………………………………… … … …………….83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận………………………………………………………… …………… 84 Kiến nghị…………………………………………… ………….………………84 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………… 86 Phụ lục 1: Chương trình thực nghiệm chế tạo chi tiết thử nghiệm Phụ lục 2: Các kết thực nghiệm DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT t Chiều sâu cắt Mm V Tốc độ cắt m/phút n Tốc độ trục Vòng/phút S Lượng tiến dao Mm/vòng Ra Chiều cao nhấp nhô tế vi (độ nhám) µm  Phương sai đường cong phân bố Li Kích thước thực đạt chi tiết cắt thử thứ i L Kích thước trung bình cộng loạt chi tiết cắt thử y Phương trình đường cong phân bố chuẩn N Số thí nghiệm thực nghiệm k Số yếu tố ảnh hưởng bj Số hệ số tuyến tính f Bậc tự lại no Thí nghiệm tâm phương án ~ Y Phương trình hồi qui Sth2 Phương sai tái Stt2 Phương sai tương thích Ftn Chỉ tiêu Fisher CNC Computer Numerical Control (máy điều khiển kỹ thuật số) TYT2 k Thực nghiệm yếu tố toàn phần QHTN Quy hoạch thực nghiệm MATLAB Matrix Laboratory (phần mềm tính toán) DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Mối liên hệ k, N, bj f………………………… ……………….40 Bảng 2.2: Mối liên hệ k, N L…………………………………… ….…………41 Bảng 2.3: Ma trận thực nghiệm phương án cấu trúc có tâm k = 2.………….43 Bảng 2.4: Ma trận thực nghiệm phương án cấu trúc có tâm k = …………44 Bảng 2.5: Bảng α phụ thuộc k n0……….……………………………………….46 Bảng 2.6: Ma trận thực nghiệm cấp II, k = sau đổi biến………….………….47 Bảng 2.7: Ma trận thực nghiệm cấp II, k = sau đổi biến…….……………….48 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật máy EMCOTURN 365….…… .……………55 Bảng 3.2: Thành phần hoá học thép Các bon chất lượng C50…… …………57 Bảng 3.3: Cơ tính thép Các bon chất lượng C50…………………… 57 Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật máy đo độ nhám bề mặt Sultest 402 … .58 Bảng 3.5: Miền chế độ cắt thực nghiệm…………………….…………… 60 Bảng 3.6: Giá trị Ra mặt trụ sản phẩm…….…………………….….………….62 Bảng 3.7: Giá trị đường kính hốc trụ D giá trị sai số ∆D……………………… 63 Bảng 3.8: Bảng kết thực nghiệm………………………… ………………… 63 Bảng 3.9: Ma trận thực nghiệm …………………… …………………………… 64 Bảng 3.10: Bảng kết đo tâm phương án đối nhám bề mặt trụ …………… 64 Bảng 3.11: Giá trị thực tâm phương án nhám bề mặt ……… .65 _ Bảng 3.12: Bảng giá trị yi, y i N  y i  yi  nhám bề mặt………… 67 i 1 Bảng 3.13: Bảng kết đo tâm phương án kích thước D ….… 69 Bảng 3.14: Giá trị thực tâm phương án kích thước D … .69 _ Bảng 3.15: Bảng giá trị yi, y i N  y i  yi  kích thước D ……… 72 i 1 Bảng 4.1: Các giá trị kiểm nghiệm ……… 82 DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Sơ đồ gia công điển hình chi tiết khí ….…… ………………… Hình 1.2: Ảnh hưởng vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi Rz….…… ………… Hình 1.3: Ảnh hưởng lượng chạy dao đến độ nhấp nhô tế vi Rz…….………….9 Hình 1.4: Ảnh hưởng hình dáng hình học dụng cụ cắt chế độ cắt đến độ nhám bề mặt tiện……………………………………………….…… ……… 11 Hình 1.5: Mặt phẳng gia công không song song với mặt phẳng đáy chi tiết 17 Hình 1.6: Sai số bề mặt gia công dao có đỉnh cung tròn .19 Hình 1.7: Gia công profil có tọa độ cong thay đổi………… ……… 20 Hình 1.8: Quan hệ độ mòn dao U chiều dài cắt L………… ……… 21 Hình 1.9: Quan hệ độ giãn dài dao (Ld) thời gian cắt liên tục (T) 23 Hình 1.10: Ảnh hưởng gia công gián đoạn tới biến dạng nhiệt dao…… 24 Hình 1.11: Nhiệt độ chi tiết tiện……………………………….………… 26 Hình 2.1: Đường cong phân bố kích thước thực nghiệm……………… 36 Hình 2.2: Đường cong phân bố kích thước chuẩn Gauss……………… .36 Hình 2.3: Hai đường cong phân bố kích thước y1 y2……………… 37 Hình 2.4: Đường cong phân bố kích thước thực………………………… .37 Hình 2.5: Đường cong phân bố không đối xứng………………………… .38 Hình 2.6: Đường cong phân bố kt nhóm chi tiết máy khác nha .….38 Hình 2.7: Đường cong phân bố có tính sai số ngẫu nhiên sai số hệ thống 38 Hình 3.1: Mô hình hoá trình cắt tiện 54 Hình 3.2: Máy tiện CNC EMCOTURN 365 55 Hình 3.3: Hệ điều khiển: Siemens 840D CNC Control 56 Hình 3.4: Thân dao PCLNL 2020K09 Sanvik…………… .56 Hình 3.5: Kích thước thân dao PCLNL 2020K09…………… 57 Hình 3.6: Mảnh lưỡi cắt CNMG 09 03 04-PF …………… 57 Hình 3.7: Mẫu thí nghiệm …………… 58 Hình 3.8: Máy đo độ nhám bề mặt TR200…………… 58 Hình 3.9: Panme điện tử ……… ……… .59 Hình 4.1: Chương trình tìm cực tiểu độ nhám bề mặt ………… .75 Hình 4.2: Kết tìm giá trị cực tiểu độ nhám bề mặt ………… 75 Hình 4.3: Ảnh hưởng lượng chạy dao, vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt …… 77 Hình 4.4: Ảnh hưởng chiều sâu cắt vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt………78 Hình 4.5: Ảnh hưởng chiều sâu cắt lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt…79 Hình 4.6: Ảnh hưởng lượng chạy dao chiều sâu cắt đến sai số kích thước đường kính sản phẩm……… 80 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Một thành tựu quan trọng tiến khoa học kỹ thuật tự động hóa sản xuất Phương thức cao tự động hóa sản xuất sản xuất linh hoạt Trong sản xuất linh hoạt máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trò quan trọng Sử dụng máy công cụ điều khiển số (CNC) cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ xác gia công hiệu kinh tế, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất Chính nhiều nước giới ứng dụng rộng rãi máy điều khiển số vào lĩnh vực khí chế tạo Hiện máy điều khiển số sử dụng rộng rãi nước ta để chế tạo chi tiết khí, đặc biệt chế tạo khuôn mẫu xác, chi tiết phục vụ công nghiệp quốc phòng Ngoài máy CNC dùng nghiên cứu khoa học, đào tạo đại học, sau đại học nhiều trường đại học kỹ thuật đào tạo nghề nhằm cung cấp nguồn nhân lực chất lượng cao cho sở sản xuất Các máy CNC có máy tính để thiết lập chương trình để điều khiển chức dịch chuyển máy Các chương trình gia công đọc lúc lưu trữ vào nhớ Khi gia công, máy tính đưa lệnh điều khiển máy Máy CNC có khả thực chức như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, parabol mặt bậc ba Ngoài máy CNC có khả bù chiều dài đường kính dụng cụ Lập trình hay tạo chương trình gia công trình thiết lập lệnh cho dụng cụ cắt sở vẽ chi tiết thông tin công nghệ chuyển thông tin sang phận mang liệu mã hóa xếp theo dạng máy hiểu Như để có chương trình gia công xác định chi tiết gia công tìm chế độ cắt hợp lý yếu tố định gia công trên máy CNC Xác định chế độ cắt tối ưu vấn đề mấu chốt cần phải giải để nâng cao hiệu kinh tế-kỹ thuật khai thác sử dụng máy CNC, chế độ cắt tối ưu cho nguyên công khác cung cấp cho ngân hàng liệu sử dụng cho tự động hóa chuẩn bị công nghệ nhằm rút ngăn thời gian chuẩn bị công nghệ đồng thời đảm bảo thời gian gia công chi phí gia công nhỏ nhất, hiệu kinh tế trình sản xuất cao Hiện nay, chế độ cắt (vận tốc cắt - V, bước tiến - S chiều sâu cắt - t) thường xác định cách tra sổ tay công nghệ cách lấy theo kinh nghiệm số xây dựng phần mềm tra chế độ cắt dẫn công nghệ dạng khái quát Còn chế độ công nghệ tối ưu quyền riêng hãng, họ muốn nắm độc quyền để cạnh tranh có bán với giá đắt hình thức chuyển giao công nghệ Mặt khác, việc nghiên cứu chế độ công nghệ tối ưu thường gắn liền với điều kiện công nghệ cụ thể Do đề tài “Nghiên cứu xác định chế độ cắt cho máy tiện CNC” lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý tiến tới tối ưu hoá chế độ công nghệ cho trình tiện CNC việc cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu khai thác, sử dụng máy tiện CNC sản xuất công nghiệp quốc phòng nói riêng sở để nghiên cứu cho máy CNC khác Cơ sở khoa học tính thực tiễn đề tài: - Cơ sở khoa học: Trên sở lý thuyết giải mối quan hệ thông số công nghệ độ xác gia công máy tiện CNC - Tính thực tiễn: Kết nghiên cứu sở cho việc tối ưu hoá thông số công nghệ gia công máy tiện CNC Sử dụng kết vào thực tế sản xuất nhà máy ngành công nghiệp Quốc phòng để nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng suất lao động hạ giá thành sản phẩm Mục tiêu đề tài: + Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm trình cắt làm sở cho việc xây dựng mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ thông số công nghệ độ xác gia công máy tiện CNC + Nắm phương pháp thực nghiệm nghiên cứu độ xác gia công Dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xử lý kết thực nghiệm, xác định hàm giới hạn toán tối ưu hoá thông số công nghệ gia công + Nắm quy luật ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ xác gia công + Đưa chế độ cắt hợp lý gia công máy tiện CNC cho chi tiết điển hình sản xuất công nghiệp quốc phòng Phương pháp nghiên cứu: - Về lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết giải mối quan hệ thông số công nghệ độ xác gia công - Về thực nghiệm: Thực nghiệm máy tiện CNC, xử lý kết đưa hàm toán học biểu diễn mối quan hệ thông số công nghệ độ xác gia công Nội dung nghiên cứu Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn có nội dung sau: Chương 1: Tổng quan độ xác gia công Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm nghiên cứu độ xác gia công Chương 3: Thiết kế, thực thực nghiệm Chương 4: Xử lý kết thực nghiệm Để hoàn thành luận văn, giúp đỡ nhiệt tình thầy hướng dẫn TS Nguyễn Văn Huyến, thầy khoa khí trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn Do hạn chế kiến thức tài liệu nghiên cứu nên luận văn không tránh khỏi thiếu xót Kính mong thầy, đồng nghiệp bạn đọc đóng góp ý kiến để luận văn hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! 72 yi: giá trị đo thực nghiệm thí nghiệm thứ i _ yi : giá trị tính toán theo phương trình thí nghiệm thứ i _ Bảng 3.15: Bảng giá trị y i, y i N  y i  yi  kích thước D i 1 N0 yi _ yi y  y  i i 10 11 12 13 14 15 0,017 0,0200 0,0000090 0,029 0,0320 0,0000090 0,022 0,0200 0,0000040 0,032 0,0320 0,0000000 0,016 0,0140 0,0000040 0,020 0,0260 0,0000360 0,018 0,0140 0,0000160 0,026 0,0260 0,0000000 0,040 0,0303 0,0000943 0,017 0,0157 0,0000017 0,024 0,0230 0,0000010 0,021 0,0230 0,0000040 0,018 0,0194 0,0000018 0,026 0,0266 0,0000004 0,015 0,0230 0,0000640 Tổng 0,0002452 Vậy Ftn = 0,00002452/0,00000425= 5,7694176 + Tra bảng giá trị tiêu Fisher F1-p (f1, f2) Trong đó: p = 0,95 xác suất tin cậy (1- p: mức ý nghĩa) f1 = ftt = N – g – = 15 – – = 11: số mức độ tự phân tán lớn (trong tính toán phương sai dư) (g = 3: số hệ số có nghĩa phương trình hồi qui, không kể hệ số tự do) f2 = fth = n – = – = 3: số mức độ tự phân tán hẹp (trong tính toán phương sai tái sinh) (n0 = 4: số thí nghiệm tâm) Vậy tra bảng 7b [2], ta có: F1-p (11, 3) = 8,7 + So sánh hai giá trị: Ftn = 5,7694176 < F1-p (11, 3) = 8,7 Kết luận: Phương trình hồi quy tương thích, có nghĩa mô hình toán học dùng hoàn toàn miêu tả chất trình 73 Kết luận chương Nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt cách có hệ thống logic gia công máy tiện CNC đóng vai trò quan trọng việc tìm quy luật ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ xác gia công Trong chương này, học viên tiến hành gia công thực nghiệm máy tiện CNC Viện Công nghệ - Tổng cục CNQP, dao tiện hợp kim hãng Sanvik, vật liệu thép C50 có kết thực nghiệm Từ kết này, sử dụng phương pháp qui hoạch trực giao cấp II tìm hàm hồi qui biểu diễn ảnh hưởng thông số công nghệ (V, S, t) đến độ xác gia công Đây sở khoa học cho việc nghiên cứu tối ưu hóa chế độ gia công 74 Chương XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 4.1 Phân tích, lựa chọn phương pháp xử lý kết thực nghiệm Có nhiều phương pháp để xử lý kêt thực nghiệm như: phương pháp dốc đứng Box Wilson, phương pháp xử lý kết ứng dụng phần mềm tính toán,… Ở luận văn sử dụng phương pháp xử lý kết ứng dụng phần mềm tính toán, cụ thể ứng dụng phần mềm MATLAB để xử lý kết thực nghiệm 4.2 Ứng dụng phần mềm MATLAB để xử lý kết thực nghiệm Matlab phần mềm toán học hãng Mathworks để tính toán số có tính trực quan cao Matlab viết tắt Matrix Laboratory Matlab làm việc với nhiều kiểu liệu khác Matlab dùng để giải toán giải tích số, xử lý tín hiệu số, xử lý đồ họa, … mà lập trình cổ điển Hiện nay, Matlab có đến hàng ngàn lệnh hàm tiện ích Ngoài hàm cài sẵn ngôn ngữ, Matlab có lệnh hàm ứng dụng chuyên biệt Toolbox, để mở rộng môi trường Matlab nhằm giải toán thuộc phạm trù riêng Các Toolbox quan trọng tiện ích cho người dùng toán sơ cấp, xử lý tín hiệu số, xử lý ảnh, xử lý âm thanh, ma trận thưa, logic mờ,… Người dùng tạo nên hàm phục vụ cho chuyên môn mình, lưu vào tệp M-file để dùng sau Matlab có giao diện đồ họa đẹp mắt dể sử dụng Người dùng tính toán tạo nên hình ảnh đồ họa 2, chiều cho trình ứng dụng 4.2.1 Khảo sát tìm cực trị hàm hồi qui 4.2.1.1 Khảo sát tìm cực trị hàm hồi qui hàm mục tiêu độ nhám bề mặt Chương trình để tìm cực tiểu độ nhám bề mặt cho phần mềm Matlab (hình 4.1): 75 Hình 4.1: Chương trình tìm cực tiểu độ nhám bề mặt Chạy chương trình phần mềm MATLAB 7.0 kết sau (hình 4.2): Hình 4.2: Kết tìm giá trị cực tiểu độ nhám bề mặt 76 Vậy ta có độ nhám bề mặt đạt cực tiểu 1,3876µm khi: x1 = - 1,215 x2 = - 0,8866 x3 = 1,215 Từ ta tính giá trị: t  t0  x1  t  x1 t  t = - 1,215.0,15 + 0,35 = 0,168 (mm) t S  S0  x  S  x S  S = - 0,8866.0,025 + 0,175 S = 0,1528 (mm/vòng) V  V0  x3  V  x3 V  V0 = 1,215.50 + 350 = 410,75 (m/ph) V 4.2.1.2 Khảo sát tìm cực trị hàm hồi qui hàm mục tiêu độ xác kích thước đường kính Ta tìm phương trình biểu thị phụ thuộc giá trị sai số kích thước đường kính vào chiều sâu cắt, lượng chạy dao vận tốc cắt: ~ ~ y ∆ = y ∆ = 0,023 + 0,006x1 - 0,003x3 Từ phương trình ta thấy giá trị sai số kích thước đường kính phụ thuộc vào chiều sâu cắt, vận tốc cắt; không phụ thuộc lượng chạy dao Do việc khảo sát tìm cực trị hàm thực vẽ đồ thị 3D mục 4.2.2.2 4.2.2 Phân tích kết nghiên cứu 4.2.2.1 Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt - Ảnh hưởng V, S Từ phương trình hồi qui hàm mục tiêu độ nhám bề mặt sản phẩm, lấy giá trị chiều sâu cắt t tối ưu tìm (t = 0,168 mm ứng với x1 = -1,215), ta phương trình độ nhám bề mặt phụ thuộc vận tốc cắt V lượng chạy dao S sau: ~ y đáy = 1,50468 + 0,149x2 – 0,042x3 + 0,084x22 77 + Đồ thị 3D Ứng dụng phần mềm Matlab có đồ thị 3D phụ thuộc (hình 4.3): Hình 4.3: Ảnh hưởng lượng chạy dao S vận tốc cắt V đến độ nhám bề mặt Lưu ý: Trục x có tên x2 – lượng chạy dao S; trục y có tên x3 – vận tốc cắt V; trục z có tên y – nhám bề mặt Ra + Nhận xét: Ảnh hưởng vận tốc cắt lượng chạy dao đến nhám bề mặt thể đồ thị Lượng chạy dao nhỏ dẫn đến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt thấp ảnh hưởng yếu tố hình học dao Lượng chạy dao tăng dẫn đến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt tăng nhanh biến dạng đàn hồi ảnh hưởng đến hình thành nhấp nhô tế vi kết hợp với ảnh hưởng yếu tố hình học dao cắt Khi lượng chạy dao nhỏ, vận tốc cắt tăng dẫn đến độ nhám bề mặt giảm ảnh hưởng mức độ biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi bề mặt gia công (vì không hình thành lẹo dao) ảnh hưởng yếu tố hình học dao Khi lượng chạy dao lớn, vận tốc cắt tăng dẫn đến độ nhám bề mặt tăng ảnh hưởng rung động hệ thống công nghệ (vì lực cắt lớn) 78 - Ảnh hưởng t, V Từ phương trình hồi qui hàm mục tiêu độ nhám bề mặt, lấy giá trị lượng chạy dao S tối ưu tìm (S = 0,1528 mm/vg ứng với x2 = -0,8866), ta phương trình độ nhám bề mặt phụ thuộc vận tốc cắt V chiều sâu cắt t sau: ~ y đáy = 1,49993-0,042x3 + Đồ thị 3D Ứng dụng phần mềm Matlab ta có đồ thị 3D phụ thuộc (hình 4.4): Hình 4.4: Ảnh hưởng chiều sâu cắt t vận tốc cắt V đến độ nhám bề mặt sản phẩm Lưu ý: Trục x có tên x2 – chiều sâu cắt t; trục y có tên x3 – vận tốc cắt V; trục z có tên y – nhám bề mặt đáy Ra + Nhận xét: Chiều sâu cắt trường hợp thực nghiệm đề tài rõ đến độ nhám bề mặt sản phẩm, nói chung máy tiện CNC có độ cứng vững, ổn định cao rung động trình cắt gọt bỏ qua miền định chiều sâu cắt không ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt sản phẩm gia công 79 Vận tốc cắt tăng dẫn đến độ nhám bề mặt giảm ảnh hưởng mức độ biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi bề mặt gia công ảnh hưởng yếu tố hình học dao - Ảnh hưởng t, S Từ phương trình hồi qui hàm mục tiêu độ nhám bề mặt, lấy giá trị vận tốc cắt V tối ưu tìm (V = 410,75 m/ph ứng với x3 = 1,215), ta phương trình độ nhám bề mặt phụ thuộc lượng chạy dao S chiều sâu cắt t sau: ~ y đáy = 1,45365 + 0,149x2 + 0,084x2 + Đồ thị 3D Ứng dụng phần mềm Matlab ta có đồ thị 3D phụ thuộc (hình 4.5): Hình 4.5: Ảnh hưởng chiều sâu cắt t lượng chạy dao S đến độ nhám bề mặt sản phẩm Lưu ý: Trục x có tên x1 – chiều sâu cắt t; trục y có tên x2 – lượng chạy dao S; trục z có tên y – nhám bề mặt đáy Ra + Nhận xét: Kết đồ thị cho thấy, ảnh hưởng lượng chạy dao tới nhám bề mặt rõ Lượng chạy dao nhỏ dẫn đến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt thấp 80 ảnh hưởng yếu tố hình học dao Khi tăng lượng chạy dao S nhám bề mặt tăng biến dạng đàn hồi kết hợp với ảnh hưởng thông số hình học dụng cụ cắt Chiều sâu cắt nhận xét phần ảnh hưởng t, V tới nhám bề mặt 4.2.2.2 Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ xác kích thước đường kính sản phẩm Phương trình biểu thị giá trị sai số kích thước đường kính phụ thuộc vào chiều sâu cắt, vận tốc cắt; không phụ thuộc lượng chạy dao sau: ~ y ∆ = 0,023 + 0,006x1 - 0,003x3 Ứng dụng phần mềm Matlab ta có đồ thị 3D phụ thuộc (hình 4.): Hình 4.6: Ảnh hưởng vận tốc cắt V chiều sâu cắt t đến sai số kích thước đường kính sản phẩm Lưu ý: Trục x có tên x1 – chiều sâu cắt t; trục y có tên x3 – vận tốc cắt; trục z có tên y – giá trị sai số đường kính ∆ 81 - Khảo sát tìm cực trị hàm đồ thị ~ Kết đồ thị ta giá trị sai số đường kính y ∆min = 0,0121 mm x1 = - 1,215 x3 = 1,215 Từ ta tính giá trị: D = 25,315 - ∆ = 25,315 - 0,0121 = 25,3029 (mm) t  t0  x1  t  x1 t  t = - 1,2150.0,15 + 0,35 = 0,16775 (mm) t V  V0  x3  V  x3 V  V0 = 1,215.50 + 350 = 410,75 (mm/vòng) V - Phân tích ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ xác kích thước đường kính sản phẩm: Trước tiên, dựa vào kết đo đường kính sau gia công 15 mẫu, thấy tất kết có đường kính lỗ nhỏ 25,315 mm Điều lý giải sai số hệ thống cố định Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sai số hệ thống cố định Trong trình gia công thực nghiệm, học viên đánh giá nguyên nhân sau: + Do sai số máy Có thể phận máy ảnh hưởng đến độ xác gia công trục X, trục Y bàn máy độ rơ trục Z Nhưng thực tế máy EMCOTURN 365 máy ta bỏ qua sai số + Do dụng cụ cắt Ở kể đến sai số đường kính mũi dao tiện mòn trình gia công Thứ hai, dựa vào hàm hồi qui tìm được, thấy độ xác kích thước đường kính phụ thuộc vào chiều sâu cắt t vận tốc cắt V Điều phù hợp với kết nghiên cứu chất vật lý sai số gia công phụ thuộc vào hai yếu tố chiều sâu cắt t vận tốc cắt Nguyên nhân chủ yếu gây sai số thành phần lực cắt tiếp tuyến tiện Lực cắt tiếp tuyến sinh chủ yếu phụ thuộc vào chiều sâu cắt, độ cứng vật liệu phụ thuộc vào lượng chạy dao Khi tăng vận tốc cắt, tượng lẹo dao xuất tăng đến giá trị cực đại Lẹo dao lớn biến dạng giảm lực cắt giảm Nếu vận tốc cắt đạt 82 giá trị tượng lẹo dao giảm dần triệt tiêu với giảm dần lẹo dao biến dạng phoi tăng lên lực cắt tăng lên Khi vận tốc cắt vượt qua giá trị biến dạng phoi giảm làm giảm lực cắt lực cắt không thay đổi biến dạng phoi bão hoà Sự thay đổi lực cắt ảnh hưởng đến sai số đường kính Thứ ba, dựa vào đồ thị 3D (hình 4.6) có nhận xét sau: Độ xác kích thước đường kính lỗ phụ thuộc vào chiều sâu cắt vận tốc cắt Chiều sâu cắt t nhỏ độ xác lớn lực cắt giảm Khi vận tốc tăng độ xác tăng 4.3 Kiểm chứng kết thực nghiệm Ở học viên kiểm chứng kết cho độ nhám bề mặt sản phẩm Để kiểm chứng kết tính toán trên, tiến hành gia công ba mẫu với thông số tối ưu tính toán (t = 0,168 mm, S = 0,1528 mm/vòng, V = 410,75 m/ph) với vật liệu, máy, dao, gá kẹp, không thay đổi, giá trị sau: Bảng 4.1: Các giá trị kiểm nghiệm Ra (µm) Giá trị TB Lần đo Lần đo Lần đo 1,3850 1,387 1,3908 1,3876 1,3870 1,3890 1,3871 1,3877 1,3880 1,3882 Giá trị trung bình 1,3872 1,3878 Mẫu mẫu 1,3877 Giá trị trung bình độ nhám bề mặt sản phẩm kiểm nghiệm là: 1,3877 µm ≈ Ra(đáy)min = 1,3876 µm Vậy kết chứng minh đắn phương pháp nghiên cứu 83 Kết luận chương Trong chương học viên xử lý kết thực nghiệm thu Lập chương trình tìm cực trị hàm hồi qui phần mềm Matlab tìm thông số chiều sâu cắt t, lượng chạy dao S vận tốc cắt V tối ưu để đạt độ nhám bề mặt sản phẩm nhỏ nhất, độ xác đường kính sản phẩm lớn Ứng dụng phần mềm Matlab để vẽ độ 3D để phân tích kết sở giải mối quan hệ thông số công nghệ độ xác gia công máy tiện CNC Kết nghiên cứu sở cho việc tối ưu hoá thông số công nghệ gia công máy tiện CNC Sử dụng kết vào thực tế sản xuất để nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng suất lao động hạ giá thành sản phẩm 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận văn, học viên nghiên cứu sở lý thuyết chất lượng bề mặt gia công, độ xác gia công yếu tố, nguyên nhân ảnh hưởng đến chúng Và luận văn trình bày phương pháp thực nghiệm nghiên cứu độ xác gia công Về thực nghiệm, học viên tiến hành thực nghiệm máy tiện EMCOTURN 365, vật liệu gia công thép C50, dụng cụ cắt dao tiện Thân dao PCLNL 2020K09 Sanvik Mảnh lưỡi cắt CNMG 09 03 04-PF gia công trụ đường kính 25,315mm, chiều dài 30mm Với mục tiêu khảo sát yếu tố ảnh hưởng chiều sâu cắt t, lượng chạy dao S vận tốc cắt V đến độ nhám bề mặt kích thước đường kính Sử dụng phương pháp qui hoạch trực giao cấp II vào việc xử lý kết thực nghiệm, xác định hàm hồi qui hàm mục tiêu độ nhám bề mặt, hàm hồi qui hàm mục tiêu độ xác kích thước đường kính Ứng dụng phần mềm MATLAB để tìm cực trị hàm hồi qui đưa chế độ cắt tối ưu để đạt độ nhám bề mặt, sai số kích thước đường kính nhỏ nhất; vẽ đồ thị 3D, phân tích kết nghiên cứu Cuối cùng, thực gia công để kiểm chứng kết đạt có kết chứng minh đắn phương pháp nghiên cứu Kết nghiên cứu đề tài khuyến cáo sử dụng chế độ cắt hợp lý trường hợp này, làm sở để nghiên cứu tối ưu hoá chế độ gia công cắt gọt loại vật liệu dụng cụ cắt khác Đồng thời triển khai ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tế sản xuất đem lại suất chất lượng cao Kiến nghị Đề tài thực hệ thống công nghệ cụ thể với vật liệu dụng cụ cắt xác định Do tính ứng dụng rộng rãi đề tài chưa cao Hướng đề tài, nghiên cứu phạm vi rộng theo nhóm hệ thống công nghệ, nhóm vật liệu nhóm dụng cụ cắt Các tiêu kinh tế kỹ thuật khác như: suất, mòn tuổi bền dụng cụ cắt,… có ý nghĩa quan trọng Đặc biệt, suất gia công chất 85 lượng sản phẩm mục tiêu quan trọng cần hướng tới, điều phụ thuộc vào nhiều yếu tố Vì hướng nghiên cứu đề tài nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố như: độ cứng vững hệ thống công nghệ, vật liệu gia công, vật liệu dao, phương pháp gia công, chiến lược chạy dao trình lập trình gia công phần mềm CAM,… nhằm tối ưu cho trình sản xuất 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia công thực nghiệm, NXB KH KT, Hà Nội Nguyễn Doãn Ý (2000), Xử lý số liệu thực nghiệm kỹ thuật, NXB KH KT, Hà Nội Trần Văn Địch (2000), Công nghệ gia công máy CNC, NXB KH KT, Hà Nội Trần Văn Địch (2003), Nguyên lý cắt kim loại, NXB KH KT, Hà Nội Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2009), Công nghệ chế tạo máy, NXB KH KT, Hà Nội Tạ Duy Liêm (1999), Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, NXB KH KT, Hà Nội Nguyễn Tiến Thọ, Nguyễn Thị Xuân Bảy, Nguyễn Thị Cẩm Tú (2001), Kỹ thuật đo lường - kiểm tra chế tạo khí, NXB KH KT, Hà Nội Huỳnh Đức Thuận (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ xác gia công máy phay CNC, Học viện KTQS, Hà Nội Tiếng Anh AB Sandvik Coromant, SE-811 81 SANDVIKEN, www.sandvik.com 10 Http://www.mathworks.com ... thể Do đề tài Nghiên cứu xác định chế độ cắt cho máy tiện CNC lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý tiến tới tối ưu hoá chế độ công nghệ cho trình tiện CNC việc cần... kiểm tra xem chế độ cắt cho chi tiết có ngân hàng liệu chưa Nếu liệu chế độ cắt chưa có nhiệm vụ gia công chuyển cho phận nghiên cứu để tiến hành xác định chế độ cắt Kết nghiên cứu bổ sung vào... sơ đồ thuật toán đây: Bắt đầu Nhiệm vụ gia công Sai Chế độ cắt có Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu Đúng Ngân hàng liệu chế độ cắt Tự động hóa chuẩn bị công nghệ Sản xuất Kết thúc Hình 1.1: