Ứng dụng phương pháp trí tuệ nhân tạo để xác định chế độ cất tối ưu khi gia công thép hợp kim trên trung tâm gia công CNC 5 trục

PHẠM THANH TÙNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Phạm Thanh Tùng KỸ THUẬT CƠ KHÍ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ĐỂ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC TRỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ KHỐ CH2016A Hà Nội - Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Phạm Thanh Tùng ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ĐỂ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC TRỤC Chuyên ngành: Kỹ thuật khí LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NGỌC KIÊN Hà Nội - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu Luận văn thân Tôi thực hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Kiên Ngoài phần tài liệu tham khảo liệt kê nêu rõ Luận văn, số liệu kết thực nghiệm trung thực, chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Người thực Phạm Thanh Tùng LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Ngọc Kiên hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến trình viết hoàn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban lãnh đạo Viện Đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành Luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm hỗ trợ đào tạo nghiên cứu đổi công nghệ khí, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giáo viên thuộc trung tâm tạo điều kiện thiết bị giúp đỡ trình dụng thiết bị để tiến hành thực nghiệm; đồng thời tác giả chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp thầy, giáo thuộc Viện Cơ khí đồng nghiệp giúp đỡ tác giả tháo gỡ vướng mắc thời gian thực Luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến thầy, cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện có ý nghĩa thực tiễn Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Người thực Phạm Thanh Tùng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 14 1.1 Trung tâm gia công CNC 14 1.1.1 Đặc điểm trung tâm phay CNC 14 1.1.2 Dụng cụ cắt trung tâm gia công 17 1.1.3 Đồ gá trung tâm gia công 19 1.2 Gia công bề mặt phức tạp trung tâm gia công 20 1.2.1 Ứng dụng CAD/CAM trung tâm gia công CNC 20 1.2.2 Ứng dụng trung tâm gia công trục để gia công bề mặt khuôn 25 1.3 Các tiêu chất lượng bề mặt gia công trung tâm gia cơng 27 1.3.1 Các yếu tố hình học 27 1.3.2 Tính chất lý 29 KẾT LUẬN CHƯƠNG 30 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO VÀ ỨNG DỤNG TRONG TỐI ƯU HĨA GIA CƠNG CƠ KHÍ 31 2.1 Trí tuệ nhân tạo 31 2.1.1 Khái niệm trí tuệ nhân tạo 31 2.1.2 Các hệ thống trí tuệ nhân tạo 31 2.1.3 Các xu hướng nghiên cứu trí tuệ nhân tạo 32 2.2 Mạng mờ noron 34 2.2.1 Mạng noron nhân tạo 34 2.2.2 Logic mờ 38 2.2.3 Mạng mờ noron 40 2.3 Giải thuật PSO 41 2.3.1 Trí tuệ nhân tạo tiến hóa 41 2.3.2 Thuật toán tối ưu bầy đàn PSO 42 2.3.3 Xây dựng giải thuật PSO 45 KẾT LUẬN CHƯƠNG 46 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 47 3.1 Mơ hình thực nghiệm 47 3.1.1 Sơ đồ thí nghiệm 47 3.1.2 Mơ hình thí nghiệm 48 3.1.3 Các đại lượng đầu vào 49 3.1.4 Các đại lượng đầu 49 3.1.5 Các đại lượng cố định 49 3.1.6 Các đại lượng nhiễu 49 3.2 Điều kiện thí nghiệm 50 3.2.1 Trung tâm gia công CNC 50 3.2.2 Phơi thí nghiệm 51 3.2.3 Dụng cụ cắt 52 3.2.4 Đồ gá chi tiết 53 3.2.5 Các thông số cố định khác 53 3.2.6 Thiết bị đo 53 3.3 Xây dựng quy hoạch thực nghiệm tiến hành thí nghiệm 54 3.4 Xác định mối quan hệ tốn học thực nghiệm thơng số cơng nghệ đến độ nhám bề mặt 59 KẾT LUẬN CHƯƠNG 62 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO, GIẢI THUẬT PSO ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU 63 4.1 Xây dựng toán tối ưu phay trung tâm gia công 63 4.1.1 Xác định hàm mục tiêu 63 4.1.2 Xác định hàm biên 63 4.1.3 Phát biểu toán tối ưu 65 4.2 Ứng dụng giải thuật PSO để giải toán tối ưu 65 4.2.1 Xây dựng lưu đồ giải thuật PSO giải toán tối ưu 67 4.2.2 Ứng dụng giải thuật PSO để xác định thông số chế độ cắt tối ưu 69 4.3 Xác định chế độ cắt tối ưu phay trung tâm gia công 73 4.3.1 Sử dụng giải thuật PSO phần mềm Matlab để xác định chế độ cắt tối ưu 73 4.3.2 Kiểm nghiệm kết 74 KẾT LUẬN CHƯƠNG 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu, viết tắt Diễn giải nội dung Đơn vị CNC NC Numerical control Rz Chiều cao nhấp nhô tế vi µm Ra Sai lệch profin trung bình µm L Bước sóng mm B Chiều rộng phay mm v Vận tốc cắt m/phút S Lượng tiến dao Mm/phút t Chiều sâu cắt mm 10 y Góc nghiêng dao Độ 11 n Tốc độ trục Vịng/phút 12 Z Vận tốc cắt 13 Sz Lượng tiến dao mm/răng 14 D Đường kính dao phay mm 15 e Giá trị sai lệch 16 E Tổng giá trị sai lệch 17  Phần trăm giá trị sai lệch 18 σ Độ phân tán sai số 19 S/N 20 MSD 21 f Computer numerical control Signal to noise Trung bình bình phương Bậc tự % dB 22 ST Tổng bình phương sai lệch 23 CF Correction factor 24 P Công suất cắt Kw 25 hs Lượng mịn dao mặt sau µm 26 F Lực cắt N 27 OA Bảng trực giao 28 AI Trí tuệ nhân tạo DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG Bảng 3.1: Đặc tính kỹ thuật máy phay MIKRON UCP 600 50 Bảng 3.2: Thành phần hóa học tính thép SKD61 .52 Bảng 3.3: Thông số dao phay sử dụng thí nghiệm 52 Bảng 3.4: Thơng số kỹ thuật máy SJ – 400 54 Bảng 3.5: Bảng trực giao OA25 (54) 55 Bảng 3.6: Bảng thông số chế độ cắt 57 Bảng 3.7: Kết thí nghiệm 57 CHƯƠNG Bảng 4.1: Bộ thông số chế độ cắt thu 74 Bảng 4.2: Kết thử nghiệm thông số chế độ cắt thu 74 ... ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Phạm Thanh Tùng ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ĐỂ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG... gá trung tâm gia công 19 1.2 Gia công bề mặt phức tạp trung tâm gia công 20 1.2.1 Ứng dụng CAD/CAM trung tâm gia công CNC 20 1.2.2 Ứng dụng trung tâm gia công trục để gia công. .. thông số chế độ cắt tới chất lượng bề mặt gia công thép hợp kim SKD61 trung tâm gia công trục UCP600 dao phay cầu - Phương pháp trí tuệ nhân tạo ứng dụng để xác định thông số chế độ cắt tối ưu 2.3