MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong kỹ thuật gia công cơ khí thì năng suất, chất lượng và giá thành là các chỉ tiêu mang tính chất quyết định đến sự tồn tại của sản phẩm trên thị trường. Ngày nay việc ứng dụng các máy CNC vào trong kỹ thuật gia công góp phần hạ giá thành, nâng cao năng suất và độ chính xác gia công sản phẩm cơ khí. Một trong những sản phẩm đó là khuôn mẫu. Các bề mặt khuôn mẫu sau khi gia công thường là sau nhiệt luyện phải qua công đoạn mài. Đối với các bề mặt có hình dáng phức tạp như khuôn ép phun thì việc gia công mài không phải đơn giản. Để giải quyết vấn đề này có thể khắc phục được bằng cách sử dụng dao phay cầu trên trung tâm gia công CNC 5 trục để gia công tinh bề mặt khuôn. Tuy nhiên quá trình cắt bằng dao phay cầu rất phức tạp vì lưỡi cắt của dao phay cầu được bố trí trên mặt cầu nên cơ chế cắt gọt ở các vị trí trên lưỡi cắt là khác nhau. Các vị trí đó phụ thuộc vào góc nghiêng của trục dao với pháp tuyến của bề mặt chi tiết tại điểm cắt. Như vậy bài toán đặt ra là xác định thông số công nghệ (góc nghiêng trục dao và chế độ cắt) tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công. Do đó đề tài: “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” là cần thiết và cấp bách. Kết quả của đề tài làm tài liệu cho nhà công nghệ chọn chế độ cắt khi gia công khuôn trên trung tâm gia công CNC 5 trục và nhà khoa học nghiên cứu về tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt. 2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài - Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) đến các thông số công nghệ đầu ra (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz và năng suất gia công Q) khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục. - Xây dựng phương pháp để thiết lập và giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục. - Tối ưu hóa bộ thông số công nghệ đầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) đến các thông số công nghệ đầu ra (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz và năng suất gia công Q). 3
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI LONG VỊNH 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 TRỤC Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9520103 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Trần Văn Địch LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2017 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 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 4.Phương pháp nghiên cứu 11 5.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 11 Đóng góp đề tài nghiên cứu .11 Cấu trúc luận án .12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC TRỤC 13 1.1 Đặc điểm tạo hình trung tâm gia cơng CNC trục 13 1.1.1 Cấu hình trung tâm gia công CNC trục 13 1.1.2 Định hướng dụng cụ trung tâm gia công 15 1.2 Dụng cụ gia công bề mặt 3D trung tâm gia công CNC trục 19 1.2.1 Khả cắt gọt dao phay cầu 19 1.2.2 Thông số hình học dao phay cầu .21 1.2.3 Phương trình lưỡi cắt dao phay cầu 23 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 24 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước 24 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 26 KẾT LUẬN CHƯƠNG 30 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH PHAY BỀ MẶT 3D 31 2.1 Lực cắt phay 31 2.1.1 Lực cắt hệ thống động lực học trình cắt 31 2.1.2 Lực tác dụng lên mặt trước mặt sau dụng cụ cắt .31 2.1.3 Ảnh hưởng chế độ cắt đến lực cắt 32 VI 2.2 Mòn dao phay 34 2.2.1 Mài mòn dụng cụ cắt .34 2.2.2 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 34 2.2.3 Chỉ tiêu đánh giá mài mòn dụng cụ cắt 36 2.2.4 Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt 37 2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn dụng cụ cắt 38 2.2.5.1 Ảnh hưởng tốc độ cắt V tới T .38 2.2.5.2 Ảnh hưởng t S đến tuổi bền T .40 2.3 Chất lượng bề mặt phay 42 2.3.1 Tính chất hình học bề mặt gia cơng 42 2.3.2 Ảnh hưởng chế độ cắt tới bề mặt chi tiết gia công 43 2.3.2.1 Ảnh hưởng số yếu tố trình cắt đến chiều cao nhấp nhô bề mặt 43 2.3.2.2 Trạng thái lí lớp bề mặt chi tiết gia công .44 2.3.3 Ảnh hưởng góc nghiêng trục dao đến chất lượng bề mặt gia công 46 2.4 Năng suất phay .47 KẾT LUẬN CHƯƠNG 49 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC BẰNG THỰC NGHIỆM GIỮA GĨC NGHIÊNG TRỤC DAO VÀ CHẾ ĐỘ CẮT VỚI CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẦU RA 50 3.1 Xây dựng mơ hình thực ngiệm 50 3.1.1 Sơ đồ thực nghiệm 50 3.1.2 Các đại lượng đầu vào 50 3.1.3 Các đại lượng đầu 51 3.1.4 Các đại lượng cố định .51 3.1.5 Các đại lượng nhiễu .51 3.2 Điều kiện thực nghiệm 51 3.2.1 Máy phay CNC .51 3.2.2 Phôi thực nghiệm 52 3.2.3 Dụng cụ cắt 54 3.3 Các thiết bị đo .54 3.4 Thiết kế ma trận thực nghiêm Taguchi 56 3.5 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mơ hình tốn học xác định mối quan hệ thực nghiệm 58 3.6 Xác định mối quan hệ thực nghiệm .60 3.6.1 Xác định mối quan hệ thực nghiệm chế độ cắt lực cắt F gia công thép SKD11 60 VII 3.6.2 Xác định mối quan hệ thực nghiệm chế độ cắt chiều cao mòn dao hs gia cơng thép SKD11 67 3.6.3 Xác định mối quan hệ thực nghiệm chế độ cắt nhám bề mặt Rz gia công thép SKD11 75 3.6.4 Xác định mối quan hệ thực nghiệm chế độ cắt suất gia công Q gia công thép SKD11 83 KẾT LUẬN CHƯƠNG 92 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ĐỂ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TỐI ƯU KHI PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG BẰNG DAO PHAY CẦU 93 4.1 Xây dựng toán tối ưu phay trung tâm gia công .93 4.1.1 Xác định hàm mục tiêu 94 4.1.2 Xác định hàm biên 95 4.1.3 Thành lập toán tối ưu đa mục tiêu phay trung tâm gia công 97 4.2 Giải toán tối ưu đa mục tiêu phay trung tâm gia công 97 4.2.1 Một số phương pháp giải toán tối ưu đa mục tiêu .98 4.2.2 Ứng dụng giải thuật PSO để xác định miền tối ưu Pareto gia công trung tâm gia công CNC trục 105 4.3 Xác định góc nghiêng trục dao chế độ cắt tối ưu phay trung tâm gia công 109 4.3.1 Sử dụng phần mềm viết Matlab xác định góc nghiêng trục dao chế độ cắt tối ưu 109 4.3.2 Kiểm nghiệm kết 110 KẾT LUẬN CHƯƠNG 112 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 118 PHỤ LỤC .119 VIII IX MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong kỹ thuật gia cơng khí suất, chất lượng giá thành tiêu mang tính chất định đến tồn sản phẩm thị trường Ngày việc ứng dụng máy CNC vào kỹ thuật gia cơng góp phần hạ giá thành, nâng cao suất độ xác gia cơng sản phẩm khí Một sản phẩm khn mẫu Các bề mặt khuôn mẫu sau gia công thường sau nhiệt luyện phải qua công đoạn mài Đối với bề mặt có hình dáng phức tạp khn ép phun việc gia cơng mài khơng phải đơn giản Để giải vấn đề khắc phục cách sử dụng dao phay cầu trung tâm gia công CNC trục để gia công tinh bề mặt khn Tuy nhiên q trình cắt dao phay cầu phức tạp lưỡi cắt dao phay cầu bố trí mặt cầu nên chế cắt gọt vị trí lưỡi cắt khác Các vị trí phụ thuộc vào góc nghiêng trục dao với pháp tuyến bề mặt chi tiết điểm cắt Như tốn đặt xác định thơng số cơng nghệ (góc nghiêng trục dao chế độ cắt) tối ưu nhằm nâng cao suất chất lượng bề mặt gia cơng Do đề 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 đề tài làm tài liệu cho nhà công nghệ chọn chế độ 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 độ ảnh hưởng thông số cơng nghệ đầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) đến thông số công nghệ đầu (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz suất gia công Q) gia công trung tâm gia công CNC trục - Xây dựng phương pháp để thiết lập giải toán tối ưu hóa đa mục tiêu gia cơng trung tâm gia công CNC trục - Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ đầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) đến thông số công nghệ đầu (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz suất gia công Q) Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu trình phay trục cắt vật liệu SKD11 dao phay cầu - Nghiên cứu trình gia công bề mặt 3D phức tạp trung tâm gia công CNC trục dao phay cầu 10 - Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm đánh giá mức độ ảnh hưởng thông số cơng nghệ đầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) đến thông số công nghệ đầu (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz suất gia công Q) phương pháp Taguchi - Nghiên cứu trí tuệ nhân tạo giải thuật PSO - Nghiên cứu tối ưu hóa đa mục tiêu 4.Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết tượng xẩy trình gia công phay - Phương pháp mô thực nghiệm - Phương pháp thực nghiệm 5.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu xác định mức độ ảnh hưởng thơng số cơng nghệ đầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) đến thông công nghệ đầu (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz suất gia công Q) phay bề mặt chỏm cầu dao phay cầu trung tâm gia công CNC trục - Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn học thơng số cơng nghệ đầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt V, lượng tiến dao S, chiều sâu cắt t) với thông số công nghệ đầu (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz suất gia công Q) phương pháp phay dao phay cầu trung tâm gia công CNC trục - Thiết lập mơ hình tốn tối ưu đa mục tiêu với hai tiêu suất gia công Q nhám bề mặt Rz - Đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng gia công bề mặt 3D phương pháp nghiêng trục dao gia công trung tâm gia công CNC trục dao phay cầu Ý nghĩa thực tiễn - Đưa thông số công nghệ tối ưu phay bề mặt 3D trung tâm gia công CNC trục dao phay cầu - Kết luận án làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, đào tạo định hướng công nghệ cho sản xuất Đóng góp đề tài nghiên cứu - Xác định mức độ ảnh hưởng thông số cơng nghệ đầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt v, lượng tiến dao S chiều sâu cắt t) đến thông số đầu 11 (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz suất gia công Q) phay dao phay cầu trung tâm gia công CNC trục - Xây dựng hàm toán học lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz suất gia công Q theo thơng số cơng nghệ (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt v, lượng tiến dao S chiều sâu cắt t ) phay dao phay cầu trung tâm gia công CNC trục - Xác định toán tối ưu đa mục tiêu cho trình phay bề mặt 3D trung tâm CNC trục dao phay cầu - Xác định thông số công nghệ tối ưu điều kiện nghiên cứu - Xây dựng giải thuật tối ưu PSO tìm miền tối ưu phương pháp Pareto Cấu trúc luận án Luận án gồm chương, nội dung chương tóm tắt sau: Chương 1: Tổng quan phay bề mặt 3D trung tâm gia công CNC trục Kết luận chương tồn nghiên cứu hướng nghiên cứu luận án Chương 2: Một số đặc trưng trình phay bề mặt 3D trung tâm gia công CNC trục Kết nghiên cứu chương làm sở cho nghiên cứu chương sau Chương 3: Xây dựng mơ hình tốn học thực nghiệm góc nghiêng trục dao chế độ cắt với thông số đầu Kết nghiên cứu chương tìm phương tình tốn học biểu diễn mối quan hệ góc nghiêng trục dao chế độ cơng nghệ với lực cắt, chiều cao mòn dao, nhám bề mặt, suất gia công Chương 4: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để xác định thơng số công nghệ tối ưu phay bề mặt 3D trung tâm gia công CNC trục dao phay cầu Phần cuối kết luận đề xuất hướng nghiên cứu đề tài Tài liệu tham khảo, danh mục cơng trình cơng bố luận án phụ lục 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CƠNG CNC TRỤC 1.1 Đặc điểm tạo hình trung tâm gia công CNC trục 1.1.1 Cấu hình trung tâm gia cơng CNC trục Trung tâm gia công phay dùng để gia công khuôn mẫu thường có cấu hình từ 3- trục Việc lập trình chuyển động thực nhờ hệ thống lập trình chun dụng chạy máy tính Nhược điểm lớn trung tâm gia công trục phương trục dụng cụ không đổi so với bàn máy Một khuynh hướng sản xuất dùng trung tâm gia công phay trục điều khiển CNC Sử dụng trung tâm gia công CNC trục cho lợi sau [13]: - Giảm thời gian gia cơng Gia cơng chi tiết có bề mặt cong phức hợp lần gá Nâng cao chất lượng bề mặt Tăng tuổi thọ dụng cụ cắt Trung tâm gia cơng CNC trục đưa dụng cụ gia cơng tới điểm chuyển động cắt bề mặt phôi, đồng thời trì góc nghiêng định trước so với bề mặt phôi Các trung tâm gia công CNC trục phân loại theo vị trí trục quay thực Cấu hình là: - Bàn máy mang phôi quay theo hai trục (kiểu bàn quay) - Trục mang dụng cụ cắt quay theo hai trục (kiểu đầu quay) - Bàn máy thực quay theo trục, trục thực quay theo trục (kiểu kết hợp bàn quay đầu quay) Trung tâm gia cơng CNC trục có bàn máy quay theo hai trục (hình 1.1) Hình 1 Trung tâm gia công CNC trục kiểu bàn xoay AC 13 Ưu điểm: - Bàn máy quay theo hai trục tạo điều kiện thuận lợi cho q trình phoi, giúp nâng cao chất lượng gia công Đối với chi tiết có dạng hốc, rãnh sâu phoi khó trở thành lưỡi cắt cà vào bề mặt chi tiết gia công làm giảm chất lượng bề mặt gia cơng, tăng lượng mòn dao, làm gẫy dao Đối với chi tiết dạng việc sử dụng trung tâm gia công CNC trục kiểu bàn quay để cắt gọt có lợi - Đối với bề mặt chi tiết có biên dạng khơng đòi hỏi phải nội suy trục đồng thời ta định vị trục gia công theo phương thức 3, trục Bằng cách phối kết hợp hai chuyển động quay bàn máy ta đưa bề mặt chi tiết nghiêng góc xác định với trục Z sau gia công mặt phẳng XY Tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng máy trục mà quen với vận hành máy 3, trục - Tâm xoay nằm bàn máy nên thuận lợi cho việc lập trình gia cơng - Kiểu kết cấu có độ cứng vững cao kết cấu khác trục quay nằm bàn máy, nên trình gia cơng gây rung động Nhược điểm: - Các máy kiểu bàn quay thường dùng cho phơi có kích thước hạn chế - Khơng gian gia cơng thường nhỏ nhiều so với máy có kết cấu kiểu khác - Việc thay đổi vị trí phơi khác vị trí tâm xoay bàn máy gây khó khăn cho việc cài đặt thơng số dao phôi Các áp dụng quan trọng kiểu là: - Cắt mặt điện cực dùng cho gia công tia lửa điện - Gia công phơi xác - Các tuabin profin lốp xe… Trung tâm gia cơng CNC trục có đầu trục quay theo trục (hình 1.2) Hình Trung tâm gia công CNC trục kiểu đầu quay AB Ưu điểm: - Các máy gia công phôi lớn - Không gian gia công rộng so với máy có kết cấu kiểu khác 14 Hình 12 Đồ thị quan hệ suất độ nhấp nhô tế vi bề mặt Giới hạn Rz tùy thuộc vào người làm công nghệ, gia cơng phay tinh giá trị nhám bề mặt mong muốn đạt cấp tương đương với Rz= 2.5(µm) Chọn điểm gần với giá trị Rz= 2.5(µm) đồ thị thu kết Qmax= 4.7044 (gam/phút), Rz= 2.5184 (µm) với thơng số chế độ 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 cơng nghệ thu từ kết tính tốn, cắt thử nghiệm trở lại với điều kiện máy, dao vật liệu tiến hành lấy số liệu ban đầu Thu kết sau: Bảng Kết thử nghiệm chế độ cắt thu V S t Q (m/ph) (mm/ph) (mm) (độ) (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 đo giá trị nhám bề mặt thu sau cắt thử thông số chế độ cắt vừa thu 110 _ R Z : kết giá trị nhám bề mặt tính tốn thu sau chạy chương trình tt Q Q Qtt Qtt 100% 5.0472 4.7044 4.7044 100% 7.28% (4.38) Q :là kết đo suất gia công thu sau cắt thử thông số chế độ cắt vừa thu Qtt : kết tính tốn suất gia cơng thu sau chạy chương trình Kết dự đốn thực tế gia cơng thấy sai lệch dự đoán thực tế dao động khoảng 10% chấp nhận sản xuất 111 KẾT LUẬN CHƯƠNG Xác định hàm mục tiêu suất gia công Q nhám bề mặt Rz; xác định điều kiện biên bao gồm điều kiện biên không gian chế độ cắt (V,S,t,), giới hạn công suất cắt (P), giới hạn chiều cao mòn dao (hs) thành lập toán tối ưu đa mục tiêu gia công trung tâm CNC trục dao phay đầu cầu Đưa giải pháp giải toán tối ưu đa mục tiêu dựa phương pháp tối ưu Pareto, xác định tập hợp nghiệm tối ưu miền biên Pareto Áp dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo cải tiến giải thuật PSO để giải tốn tối ưu đa mục tiêu, tìm miền pareto tối ưu với cặp thông số công nghệ tương ứng (V,S,t,θ) Xây dựng phần mềm viết Matlab để xác định miền tối ưu Pareto gia công thép hợp kim SKD11 trung tâm gia công CNC trục Xác định 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 112 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận án giải 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 đầu cầu Xác định phương trình tốn 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 𝜃 + 0.000246017 V S - 1.54882 V t + 0.00572035.V.𝜃 - 0.135744 S t 0.000184129.S.𝜃 + 0.79007 t 𝜃 - 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 𝜃 +6,53233.10-5.V.S – 0,357075.V.t + 0,00134262.V 𝜃 – 0,0316131.S.t 5,55995.10-5.S 𝜃 +0,149278.t 𝜃 - Q = 1,09428.10-3.V1.06568.S1.26202.t1.00954 𝜃 -0.861357 Các hàm quan hệ toán học phi tuyến đơn điệu Bằng phương pháp Taguchi đánh giá mức tác động 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% 113 Ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo cải tiến giải thuật PSO để xác định miền chế độ cắt tối ưu đa mục tiêu Pareto đáp ứng chất lượng bề mặt suất gia công Đã xác định 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 đầu vào để nghiên cứu hoàn thiện Tiếp tục sử dụng phương pháp nghiên cứu luận án để mở rộng nghiên cứu cho vật liệu khác, với biên dạng bề mặt khác Thành lập ngân hàng liệu chế độ cắt tối ưu gia cơng, phục vụ cho việc tự động hóa q trình sản xuất, góp phần giảm chi phí gia cơng, nâng cao khả cạnh tranh trình hội nhập toàn cầu 114 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] Hoàng Tiến Dũng (2014) Nghiên cứu tối ưu hóa số thơng số cơng nghệ phay cao tốc Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường đại 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 đại 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 đại học công nghiệp Thái Nguyên [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 đại 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 đại 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 q trình phay tinh máy cơng cụ CNC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường đại 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 115 [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 116 [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 117 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 công” Hội nghị khoa học công 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 công 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 cơng dao phay cầu” Tạp chí khí Việt Nam, ISSN:08667056 ,số năm 2017, trang 101-105 118 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 điều kiện biên Bước 5: chọn phím chức “NHẬP” Bước 6: chọn phím chức “TÍNH” 119 Bước 7: kích chọn biểu tượng “ĐỒ THỊ” Bước 8: Kích chọn biểu tượng “ Đồ thị tối ưu” 120 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,:)); 121 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*') 122 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 123 ... cụ cắt gia công Nghiên cứu khả gia công bề mặt 3D tự trung tâm gia cơng CNC trục góc nghiêng trục dao đến khả công nghệ Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng trục dao chế độ cắt đến chất lượng bề mặt, ... đầu vào đến chất lượng bề mặt gia công + Mới nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng trục gia cơng mặt phẳng 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước - Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng trục dao đến nhám bề. .. 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 đề tài làm tài liệu cho nhà công nghệ chọn chế độ cắt