Nghiên cứu thực nghiệm các thông số công nghệ của quá trình phay CNC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM KHÔI NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CNC Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒCHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Đặng Văn Nghìn Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xeùt 2: Luận văn thạc sỹ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………… tháng ………năm 2006 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng .năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phạm Khôi Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 13/10/1950 Nơi sinh: Hải Dương Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy MSHV: 00404804 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CNC II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Phần lí thuyết: - Nghiên cứu công nghệ phay CNC chất lượng bề mặt chi tiết - Nghiên cứu lực cắt phay CNC - Nghiên cứu lí thuyết thực nghiệm Phần thí nghiệm: - Xây dựng mô hình thực nghiệm - Quy hoạch thực nghiệm - Xử lí kết thực nghiệm - Đánh giá ảnh hưởng chế độ cắt (v,s,t) lực cắt phay máy CNC đến độ bóng bề mặt III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Tháng năm 2006 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ Tháng năm 2006 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đặng Văn Nghìn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CB BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS TS Đặng Văn Nghìn PGS.TS, Trần Doãn Sơn Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày tháng năm 2006 Trưởng Phòng QLĐT-SĐH Trưởng Khoa Cơ Khí PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh PGS.TS Đặng Văn Nghìn LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN Tôi hoàn thành luận văn trước hết nhờ công sức tất Thầy Cô giáo trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh trực tiếp giảng dạy năm nghiên cứu, theo học lớp cao học chế tạo máy khoá K15 Tôi xin chân thành cảm ơn đến tất Thầy Cô giáo phòng đào tạo sau đại học khoa Cơ khí trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành Phó giáo sư-Tiến só Đặng Văn Nghìn, Phó giáo sưTiến só Trần Doãn Sơn Tiến só Thái Thị Thu Hà tận tình hướng dẫn cho suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, cán giáo viên bạn bè trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, nơi công tác giúp đỡ tạo điều kiện, động viên khuyến khích suốt qúa trình nghiên cứu học tập, thời gian làm luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến anh, chị trước tất người bạn chân thành giúp đỡ trình hoàn thành luận văn GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MUÏC LUÏC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Vai trò trình phay việc tạo sản phẩm phức tạp 1.2 Những vấn đề quan tâm nghiên cứu trình phay 1.3 Xu điều khiển thích nghi giám sát trình gia công để nâng cao chất lượng sản phẩm ………………………………………………………………………………………………… 10 1.4 Nhận xét 12 1.5 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 13 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 13 1.5.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 14 1.6 Phương pháp nghiên cứu 14 1.7 Cấu trúc luận văn 14 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ PHAY CNC VÀ CHẤT LƯNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY 2.1 Lý thyết trình phay 15 2.1.1 Nguyên lý cắt kim loại phay 15 2.1.2 Khái niệm trình cắt gọt 16 2.1.3 Các yếu tố chế độ cắt phay 18 2.1.4 Các phương pháp phay 19 2.1.5 Khả công nghệ phay 20 2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết máy 20 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến dộ nhám bề mặt gia công 23 2.3.1 Chất lượng bề mặt gia coâng 23 2.3.2 nh hưởng dao 23 2.3.2.1 Cắt lẹm 24 2.3.2.2 Vật liệu dao 27 2.3.3 Aûnh hưởng bước dịch dao ngang bán kính dao 27 2.3.4 nh hưởng máy 35 2.4 Kết luận CHƯƠNG III: LỰC CAÉT KHI PHAY CNC 37 3.1 Đánh giá thông số lực caét 37 3.2 Phân tích lực cắt 38 GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 3.2.1 Khi phay với dao phay trụ 38 3.2.2 Khi phay với dao phay mặt đầu .39 3.2.3 Khi phay với dao phay caàu .41 CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT THỰC NGHIỆM 42 4.1 Vai trò thực nghiệm 42 4.2 Phương pháp tiến hành nghiên cứu 43 4.3 Các phương pháp qui hoạch thực nghiệm 45 4.3.1 Qui hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần 45 4.3.1.1 Cơ sở lý thuyết 45 4.3.1.2 Phương pháp bình phương nhỏ 47 4.3.1.3 Một số phương trình hồi qui thường dùng 48 4.3.2 Qui hoạch thực nghiệm yếu tố phần 50 4.4 Phân tích lựa chọn phương pháp qui hoạch thực nghiệm 53 CHƯƠNG V: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 57 5.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 57 5.1.1 Maùy phay CNC 57 5.1.2 Dao gia coâng 58 5.1.3 Thiết bị đo độ nhám 59 5.1.4 Thiết bị đo lực 60 5.1.5 Phần mềm đo lực 61 5.1.6 Vật liệu gia công mẫu thí nghiệm 61 5.2 Qui hoạch thực nghiệm 63 5.2.1 Lựa chọn thông số công nghệ cho trình thực nghiệm 63 5.2.2 Chế độ thí nghiệm qui hoạch thực nghiệm yếu tố 66 5.2.3 Chế độ thí nghiệm qui hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố 68 5.3 Xử lý kết thực nghiệm 69 5.3.1 Qui hoạch thực nghiệm yếu tố 69 5.3.2 Qui hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố 74 5.4 Nhận xét 82 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI 83 6.1 Kết luaän 83 6.2 Hướng nghiên cứu tương lai 84 GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT Nội dung luận văn hướng nghiên cứu thực nghiệm thông số trình phay CNC Nội dung gồm: Chương 1: Chương trình bày vai trò phay việc chế tạo sản phẩm phức tạp, vấn đề quan tâm nghiên cứu trình phay, công trình nghiên cứu nhà khoa học, xu điều khiển thích nghi phay, mục tiêu, nhiệm vụ nội dung nghiên cứu Chương 2: Trình bày lí thuyết trình gia công phay, độ bóng bề mặt chi tiết gia công, yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công phương pháp phay Chương 3: Trình bày ảnh hưởng thông số lực phay, phân tích lực cắt loại dao phay khác Chương 4: Trình bày quy hoạch thực nghiệm: vai trò thực nghiệm trình nghiên cứu, phương pháp mà người nghiên cứu tiến hành nghiên cứu, phương pháp quy hoạch thực nghiệm so sánh, lựa chọn phương án quy hoạch thực nghiệm cho trình nghiên cứu Chương 5: Người nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm, tiến hành trình quy hoạch thực nghiệm xử lí kết thực nghiệm đồng thời đánh giá kết đạt Chương 6: Trong chương trình bày kết nghiên cứu đạt được, đề xuất hướng nghiên cứu tương lai GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SUMMARY The main content of essay tends to research practising technical specifications of milling prosess CNC The content includes: Chapter 1: This chapter shows the role of the milling in procducing many complex products, problems concerned in the research of milling process, scientist’s researched processes, suitable right contralling in milling and aims and contents that will be researched in the future Chapter 2: This shows the theory of the milling process, the polishness on the surface of working Chapter 3: Showing the influence of force specification when milling and explanation force of cutting by different cutters of milling Chapter 4: Showing the practising the role practice in the research, methods that the reseachers will research, methods of practising and comparision, choosing methods of practising for researching process Chapter 5: The researcher builds the practiced model, acts the process of practising and solves the result of practising in addition to evaluation the result obtained Chapter 6: This shows th results of research, as well as giving the ways of researching in the future GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CNC MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 -Vai trò trình phay việc tạo sản phẩm phức tạp 1.2 - Những vấn đề quan tâm nghiên cứu trình phay 1.3 - Xu điều khiển thích nghi giám sát trình gia công để nâng cao chất lượng sản phaåm 13 1.4 -Nhận xét 15 1.5 -Mục tiêu nội dung nghiên cứu 16 1.5.1- Mục tiêu nghiên cứu 16 1.5.2- Nhieäm vụ nghiên cứu 17 1.6 - Phương pháp nghiên cứu 17 1.7 - Cấu trúc luận án 17 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ PHAY CNC VÀ CHẤT LƯNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY 2.1- Lý thyết trình phay 19 2.1.1- Nguyên lý cắt kim loaïi phay 19 2.1.2- Khái niệm trình cắt gọt 20 2.1.3- Các yếu tố chế độ cắt phay 22 2.1.4- Caùc phương pháp phay 23 GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2.1.5 Khả công nghệ phay 24 2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết maùy 25 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến dộ nhám bề mặt gia công 28 2.3.1- Chất lượng bề mặt gia công 28 2.3.2- Aûnh hưởng dao 29 2.3.2.1- Cắt lẹm 29 2.3.2.2- Vật liệu dao 32 2.3.3- nh hưởng bước dịch dao ngang bán kính dao 33 2.3.4- nh hưởng maùy 41 2.4- Kết luận 43 CHƯƠNG III: LỰC CẮT KHI PHAY CNC 3.1- Đánh giá thông số lực cắt 45 3.2- Phân tích lực cắt 45 3.2.1- Khi phay với dao phay truï 46 3.2.2- Khi phay với dao phay mặt đầu 47 3.2.3-Khi phay với dao phay cầu 49 CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT THỰC C NGHIỆM 4.1- Vai trò thực nghiệm 52 4.2- Phương pháp tiến hành nghiên cứu 52 4.3- Các phương pháp qui hoạch thực nghiệm 55 4.3.1- Qui hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần 55 4.3.1.1- Cô sở lý thuyết 55 4.3.1.2- Phương pháp bình phương nhỏ 58 4.3.1.3- Một số phương trình hồi qui thường dùng 59 GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 90 y1 = b0 + b1 x1 + b2 x2 + b3 x3 + b12 x1 x2 + b13 x1 x3 + b23 x2 x3 + b11 x12 + b22 x22 + b33 x32 Caùc hệ số PTHQ xác định dựa vào phương pháp bình phương nhỏ bảng ma trận qui hoạch thực nghiệm mô hình Bảng 5.13 Ma trận qui hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố Số thứ tự thí x0 x1 x2 x3 y1 y2 +1 -1 -1 -1 1.35 43.22 +1 -1 -1 1.15 41.27 +1 +1 -1 -1 0.85 36.97 +1 -1 -1 1.72 49.52 +1 0 -1 1.70 48.65 +1 +1 -1 1.60 47.50 +1 -1 +1 -1 2.05 54.07 +1 +1 -1 1.85 52.92 +1 +1 +1 -1 1.80 51.27 10 +1 -1 -1 1.50 44.77 11 +1 -1 1.45 43.27 12 +1 +1 -1 1.05 37.42 13 +1 -1 0 1.80 51.02 14 +1 0 1.75 49.55 15 +1 +1 0 1.67 48.35 16 +1 -1 +1 2.15 55.02 17 +1 +1 1.95 53.77 nghiệm GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 91 18 +1 +1 +1 1.90 52.05 19 +1 -1 -1 +1 1.55 46.57 20 +1 -1 +1 1.50 45.3 21 +1 +1 -1 +1 1.30 39.52 22 +1 -1 +1 2.00 51.90 23 +1 0 +1 1.80 50.01 24 +1 +1 +1 1.75 49.02 25 +1 -1 +1 +1 2.30 56.26 26 +1 +1 +1 2.10 54.75 27 +1 +1 +1 +1 1.95 53.02 Dựa vào công thức (4.9) ta có hệ phương trình xác định hệ số PTHQ: GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 92 ⎧ N ⎧ ∂ N ( y y ) − = j ⎪2∑ ( y1 − y j ) = ⎪ ∂b ∑ = j ⎪ j =1 ⎪ ⎪ ∂ N ⎪ N ( ) y y − = ⎪ ⎪2∑ ( y1 − y j )( x1 ) j = ∑ j b ∂ = j 1 ⎪ ⎪ j =1 ⎪ ∂ N ⎪ N ( ) − = y y ⎪ ⎪2∑ ( y1 − y j )( x2 ) j = ∑ j ⎪ ∂b2 j =1 ⎪ j =1 ⎪ ∂ N ⎪ N ⎪ ⎪2∑ ( y1 − y j )( x3 ) j = ( y1 − y j ) = ∑ ∂ b ⎪ j =1 ⎪ j =1 ⎪ ⎪ N N ⎪ ∂ ∑ ( y1 − y j )2 = ⎪2∑ ( y1 − y j )( x1 x2 ) j = ⎪⎪ ∂b12 j =1 ⎪⎪ j =1 ⇒ ⎨ ⎨ N N ⎪ ∂ ⎪2 ( y − y )( x x ) = ( y1 − y j ) = k 1 j ⎪ ∂b13 ∑ ⎪ ∑ j =1 j =1 ⎪ ⎪ N N ⎪ ∂ ⎪2 ( y − y )( x x ) = ( y1 − y j ) = j j ⎪ ∂b ∑ ⎪ ∑ j =1 23 j =1 ⎪ ⎪ ⎪ ∂ N ⎪ N 2 − = ( ) y y j ⎪ ∂b ∑ ⎪2∑ ( y1 − y j )( x1 ) j = ⎪ 11 j =1 ⎪ j =1 ⎪ ∂ N ⎪ N 2 − = ( ) y y ⎪ ⎪2∑ ( y1 − y j )( x2 ) j = ∑ j ⎪ ∂b22 j =1 ⎪ j =1 N ⎪ ∂ ⎪ N ( y1 − y j ) = ⎪ ⎪2∑ ( y1 − y j )( x32 ) j = ∑ ⎪⎩ ∂b33 j =1 ⎪⎩ j =1 Thay biểu thức y1 vào hệ phương trình, lấy đạo hàm biến đổi ta có hệ phương trình: GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 93 ⎧N 2 ⎪∑ ((b0 ) j + (b1 x1 ) j + (b2 x2 ) j + (b3 x3 ) j + (b12 x1 x ) j + (b13 x1 x3 ) j + (b23 x2 x3 ) j + (b11 x1 ) j + (b22 x2 ) j + (b33 x3 ) j − y j ) = j =1 ⎪ ⎪N 2 ⎪∑ ((b0 ) j + (b1 x1 ) j + (b2 x2 ) j + (b3 x3 ) j + (b12 x1 x ) j + (b13 x1 x3 ) j + (b23 x2 x3 ) j + (b11 x1 ) j + (b22 x2 ) j + (b33 x3 ) j − y j ) x1 = j = ⎪ ⎪N 2 ⎪∑ ((b0 ) j + (b1 x1 ) j + (b2 x2 ) j + (b3 x3 ) j + (b12 x1 x ) j + (b13 x1 x3 ) j + (b23 x2 x3 ) j + (b11 x1 ) j + (b22 x2 ) j + (b33 x3 ) j − y j ) x2 = ⎪ j =1 ⎪N ⎪∑ ((b0 ) j + (b1 x1 ) j + (b2 x2 ) j + (b3 x3 ) j + (b12 x1 x ) j + (b13 x1 x3 ) j + (b23 x2 x3 ) j + (b11 x12 ) j + (b22 x22 ) j + (b33 x32 ) j − y j ) x3 = ⎪ j =1 ⎪N ⎪∑ ((b ) + (b x ) + (b x ) + (b x ) + (b x x ) + (b x x ) + (b x x ) + (b x ) + (b x ) + (b x ) − y ) x x = j j 1 j 2 j 3 j 12 13 j 23 j 11 j 22 j 33 j ⎪⎪ j =1 j ⇒⎨ N ⎪ ((b ) + (b x ) + (b x ) + (b x ) + (b x x ) + (b x x ) + (b x x ) + (b x ) + (b x ) + (b x ) − y ) x x = j j 22 j 33 j j 1 j 2 j 3 j 12 13 j 23 j 11 j ⎪∑ j =1 ⎪N ⎪ ((b ) + (b x ) + (b x ) + (b x ) + (b x x ) + (b x x ) + (b x x ) + (b x ) + (b x ) + (b x ) − y ) x x = j j j 1 j 2 j 3 j 12 13 j 23 j 11 j 22 j 33 j ⎪∑ ⎪ j =1 ⎪N 2 2 ⎪∑ ((b0 ) j + (b1 x1 ) j + (b2 x2 ) j + (b3 x3 ) j + (b12 x1 x ) j + (b13 x1 x3 ) j + (b23 x2 x3 ) j + (b11 x1 ) j + (b22 x2 ) j + (b33 x3 ) j − y j ) x1 = j =1 ⎪ ⎪N 2 2 ⎪∑ ((b0 ) j + (b1 x1 ) j + (b2 x2 ) j + (b3 x3 ) j + (b12 x1 x ) j + (b13 x1 x3 ) j + (b23 x2 x3 ) j + (b11 x1 ) j + (b22 x2 ) j + (b33 x3 ) j − y j ) x2 = ⎪ j =1 ⎪N ⎪∑ ((b0 ) j + (b1 x1 ) j + (b2 x2 ) j + (b3 x3 ) j + (b12 x1 x ) j + (b13 x1 x3 ) j + (b23 x2 x3 ) j + (b11 x12 ) j + (b22 x22 ) j + (b33 x32 ) j − y j ) x32 = ⎪⎩ j =1 Kết hợp với ma trận qui hoạch thực nghiệm mô hình, thay giá trị tương ứng vào ta có: ⎧27b0 + 0b1 + 0b2 + 0b3 + 0b12 + 0b13 + 0b23 + 18b11 + 18b22 + 18b33 = 45.54 ⎪0b + 18b + 0b + 0b + 0b + 0b + 0b + 0b + 0b + 0b = −2.55 12 13 23 11 22 33 ⎪ ⎪0b0 + 0b1 + 18b2 + 0b3 + 0b12 + 0b13 + 0b23 + 0b11 + 0b22 + 0b33 = 6.35 ⎪ ⎪0b0 + 0b1 + 0b2 + 18b3 + 0b12 + 0b13 + 0b23 + 0b11 + 0b22 + 0b33 = 2.18 ⎪⎪0b + 0b + 0b + 0b + 12b + 0b + 0b + 0b + 0b + 0b = 0.35 12 13 23 11 22 33 ⎨ ⎪0b0 + 0b1 + 0b2 + 0b3 + 0b12 + 12b13 + 0b23 + 0b11 + 0b22 + 0b33 = 0.02 ⎪0b0 + 0b1 + 0b2 + 0b3 + 0b12 + 0b13 + 12b23 + 0b11 + 0b22 + 0b33 = −0.35 ⎪ ⎪18b0 + 0b1 + 0b2 + 0b3 + 0b12 + 0b13 + 0b23 + 18b11 + 12b22 + 12b33 = 30.29 ⎪18b + 0b + 0b + 0b + 0b + 0b + 0b + 12b + 18b + 12b = 29.75 12 13 23 11 22 33 ⎪ ⎪⎩18b0 + 0b1 + 0b2 + 0b3 + 0b12 + 0b13 + 0b23 + 12b11 + 12b22 + 18b33 = 30.32 GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 94 ⎧27b0 + 18b11 + 18b22 + 18b33 = 45.54 ⎪18b = −2.55 ⎪ ⎪18b2 = 6.35 ⎪ ⎪18b3 = 2.18 ⎪⎪12b = 0.35 12 ⇒⎨ ⎪12b13 = 0.02 ⎪12b23 = −0.35 ⎪ ⎪18b0 + 18b11 + 12b22 + 12b33 = 30.29 ⎪18b + 12b + 18b + 12b = 29.75 11 22 33 ⎪ ⎩⎪18b0 + 12b11 + 12b22 + 18b33 = 30.32 ⎧27b0 + 18b11 + 18b22 + 18b33 = 45.54 ⎧b0 = 1.6986 ⎪18b = −2.55 ⎪b = −0.14167 ⎪ ⎪ ⎪18b2 = 6.35 ⎪b2 = 0.35278 ⎪ ⎪ ⎪18b3 = 2.18 ⎪b3 = 0.12111 ⎪⎪12b = 0.35 ⎪⎪b = 0.02917 12 12 ⇒⎨ ⇒⎨ ⎪12b13 = 0.02 ⎪b13 = 0.00167 ⎪12b23 = −0.35 ⎪b23 = −0.02917 ⎪ ⎪ ⎪18b0 + 18b11 + 12b22 + 12b33 = 30.29 ⎪b11 = 0.02233 ⎪18b + 12b + 18b + 12b = 29.75 ⎪b = −0.06766 11 22 33 ⎪ ⎪ 22 ⎪⎩18b0 + 12b11 + 12b22 + 18b33 = 30.32 ⎪⎩b33 = 0.02733 Phương trình hồi qui lúc là: y1 = 1.6986 − 0.14167 x1 + 0.35278 x2 + 0.12111x3 + 0.02917 x1 x2 + 0.00167 x1 x3 −0.02917 x2 x3 + 0.02233 x12 − 0.06766 x22 + 0.02733 x32 Để dễ dàng hình dung kết tìm được, ta chuyển phương trình từ dạng mã hoá (x1, x2, x3) sang dạng toạ độ tự nhiên (v, s, t) với: x1 = v − v0 ; ∆v x2 = s − s0 ; ∆s x3 = t − t0 ; ∆t y1 = Ra Trong vo, s0, to – giá trị tự nhiên yếu tố mức sở: GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 95 ∆v, ∆s, ∆t - giá trị khoảng biến thiên yếu tố Như vậy: x1 = v − 113.04 ; 37.68 x2 = s − 500 ; 100 x3 = t − 0.3 ; 0.1 Thay biểu thức x1, x2, x3 vào phương trình, ta nhận được: Ra = 2.14988 − 0.0074v − 0.00324s + 0.97997t + 0.000007741vs + 0.000443205vt − 0.002917st + 0.000015727v + 0.000006766s2 + 2.733t (5.1) b) Quan hệ thông số công nghệ (v, s, t) tới lực cắt (F) Cách giải tương tự phần Kết ta có hệ phương trình sau: ⎧27b0 + 18b11 + 18b22 + 18b33 = 1307 ⎧b0 = 49.04836607 ⎪18b = −37.23 ⎪b = −2.06833 ⎪ ⎪ ⎪18b2 = 104.82 ⎪b2 = 5.82333 ⎪ ⎪ ⎪18b3 = 20.96 ⎪b3 = 1.16444 ⎪⎪12b = 11.64 ⎪⎪b = 0.97 12 12 ⇒ ⎨ ⎨ ⎪12b13 = −2.1 ⎪b13 = −0.175 ⎪12b23 = −4.16 ⎪b23 = −0.34667 ⎪ ⎪ + + + = b b b b 18 18 12 12 867.47 ⎪ ⎪b11 = −0.01227 11 22 33 ⎪18b + 12b + 18b + 12b = 861.44 ⎪b = −1.01894 11 22 33 ⎪ ⎪ 22 ⎪⎩18b0 + 12b11 + 12b22 + 18b33 = 871.74 ⎪⎩b33 = 0.69772 Phương trình hồi qui lúc là: y2 = 48.6297 − 2.06833 x1 + 5.82333 x2 + 1.16444 x3 + 0.97 x1 x2 − 0.175 x1 x3 − 0.34667 x2 x3 − 0.01227 x12 − 1.01894 x22 + 0.69772 x32 Phương trình hồi qui sau chuyển hệ toạ độ tự nhiên là: F = 10.69522 − 0.16772v + 0.141427s − 7.6353t + 0.00025743vs − 0.046443736vt − 0.034667st − 0.000008642v − 0.000101894s2 + 69.772t GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI (5.2) LUẬN VĂN THẠC SĨ 96 c) Quan hệ lực cắt (F) độ nhám bề mặt (Ra) Theo tài liệu [25] phương trình biểu diễn mối quan hệ lực cắt độ nhám bề mặt có dạng: y = a+ b , x2 x biểu thị cho F, y biểu thị cho Ra Để xác định hệ số a, b phương trình ta sử dụng phương pháp bình phương nhỏ p dụng công thức (4.9) ta được: N b b ⎧∂ N a + − y = a + − yj ) = ( ) ( ∑ ∑ j 2 ⎪ ∂α x x = = j j 1 j j ⎪ ⎨ N N b b ⎪∂ ( a + − y j )2 = ∑ ( a + − y j ) = ∑ ⎪ ∂b j =1 xj xj xj j =1 ⎩ Sau đơn giản chúng có dạng N N ⎧ N a b yj + = ∑ ∑ ⎪ x = = j j j ⎪ ⎨ N N N 1 ⎪a y j b + = ∑ ∑ ∑ ⎪ j =1 x j x x j j 1 = = j j ⎩ Kết hợp với bảng ma trận qui hoạch thực nghiệm mô hình, số liệu vào ta được: ⎧27a + 0.012b = 45.54 ⎧a = 2.97542 ⇒ ⎨ ⎨ −6 ⎩0.012a + 5.6713*10 b = 0.019262 ⎩b = −2899.69 Vậy phương trình biểu diễn mối quan hệ lực cắt F(N) độ nhám bề mặt Ra(µm) là: Ra = 2.97542 − 2899.69 F2 GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN (5.3) HVTH: PHẠM KHÔI 97 Ra(µm) LUẬN VĂN THẠC SĨ F(N) Hình 5.14 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ F(N) Ra(µm) 5.4 Nhận xét kết tìm Sau xử lý kết thực nghiệm có số nhận xét sau: - Kết thực nghiệm cho ta thấy ảnh hưởng thông số công nghệ (v, s, t) đến độ nhám bề mặt (Ra) lực cắt (F) khác Theo đồ thị qui hoạch thực nghiệm yếu tố: - Khi tốc độ tiến dao (s) chiều sâu cắt (t) tăng, lực cắt (F) độ nhám bề mặt (Ra) tăng Còn vận tốc cắt (v) tăng, F Ra lại có xu hướng giảm Điều có nghóa thông số (s, t) tỉ lệ thuận với (F, Ra), thông số (v) tỉ lệ nghịch với (F, Ra) - Mức độ ảnh hưởng thông số (v, s, t) đến (F, Ra) khác Trong phạm vi thay đổi (v), khoảng biến đổi lực cắt là: GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 98 ∆F = Fmax − Fmin = 51.02 − 48.35 = 2.65N , khoảng biến đổi độ nhám bề mặt là: ∆Ra = Ra max − Ra = 1.85 − 1.67 = 0.18µm Trong phạm vi thay đổi (s), khoảng biến đổi lực cắt là: ∆F = Fmax − Fmin = 53.77 − 43.27 = 10.5N , khoảng biến đổi độ nhám bề mặt là: ∆Ra = Ra max − Ra = 1.95 − 1.45 = 0.5µm Trong phạm vi thay đổi (t), khoảng biền đổi lực cắt là: ∆F = Fmax − Fmin = 50.01 − 48.65 = 1.36 N , khoảng biến đổi độ nhám bề mặt là: ∆Ra = Ra max − Ra = 1.8 − 1.7 = 0.1µm Như ta thấy thông số (s) có ảnh hưởng lớn đến (F, Ra), thông số vận tốc cắt (v) có ảnh hưởng đến (F, Ra) nhỏ hơn, cuối thông số (t) có ảnh hưởng nhỏ đến (F, Ra) Theo phương trình qui hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố: - Các công thức (5.1), (5.2) thể mối quan hệ phức tạp thông số đầu vào (v, s, t) đến yếu tố đầu (Ra), (F) Chúng thể ảnh hưởng đơn lẻ yếu tố (v, s, t) đến (F, Ra) mà thể ảnh hưởng tổ hợp chúng tạo GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 99 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI 6.1 Kết luận Trong khuôn khổ luận văn, người thực cố gắng để hoàn thành nội dung giao Tuy nhiên, kiến thức hạn hẹp, thời gian điều kiện thí nghiệm có nhiều khó khăn nên kết đạt hạn chế Với nội dung trình bày luận văn, người thực cố gắng nêu lên vấn đề sau đây: - Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài nước từ đưa vấn đề mục tiêu cần phải nghiên cứu - Lý thuyết trình cắt gọt, khái niệm độ nhám bề mặt số yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Phân tích, tìm hiểu thành phần lực cắt gia công với loại dao phay khác - Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm phương pháp qui hoạch thực nghiệm từ đưa đường lối phù hợp cho trình nghiên cứu thực nghiệm - Qua trình nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu qui luật ảnh hưởng mức độ ảnh hưởng yếu tố (v, s, t) đến (F, Ra) Qui hoạch thực nghiệm yếu tố cho ta qui luật mức độ ảnh hưởng riêng biệt yếu tố (v, s, t) đến (F, Ra) qua đồ thị Còn qui hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố cho ta ảnh hưởng tương tác tổ hợp thông số (v, s, t) đến (F, Ra) thông qua mô hình toán học Đồng thời ta tìm mô hình toán học biểu thị mối quan hệ lực cắt (F) độ nhám bề mặt (Ra) Từ làm sở cho việc tìm chế độ công nghệ tối ưu cho trình gia công phay CNC làm sở cho việc xây dựng mô hình điều khiển thích nghi trình gia công đo độ nhám bề mặt chi tiết máy cách gián tiếp GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 100 6.2 Hướng nghiên cứu tương lai Sau trình nghiên cứu người thực xin đề xuất hướng nghiên cứu tương lai sau: - Ngoài yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt nghiên cứu phải tìm hiểu thêm số yếu tố khác quỹ đạo chạy dao, phương pháp phay (phay thuận, phay ngịch), lực cắt, góc nghiêng dao… - Mở rộng phạm vi nghiên cứu qui hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần cho nhiều yếu tố để mô hình tìm có tính tổng quát Như nghiên cứu ảnh hưởng loại vật liệu khác nhau, thông số đầu không lực cắt độ nhám bề mặt chi tiết máy mà quan tâm đến độ cứng chi tiết chi phí sản xuất - Ngày nay, phay cao tốc vấn đề nhà công nghệ đặc biệt quan tâm, nghiên cứu thực nghiệm trình phay cao tốc để tìm qui luật, mức độ ảnh hưởng thông số công nghệ đến tiêu đầu từ làm sở so sánh với phay CNC truyền thống có ý nghóa lớn - Nghiên cứu tiến hành qui hoạch thực nghiệm theo phương pháp hồi qui bậc hai Box Hunter đưa để giảm số lượng thí nghiệm, tối ưu hoá trình nghiên cứu - Trên sở lý thuyết kết thí nghiệm qui hoạch thực nghiệm, xây dựng phần mềm giải toán tối ưu cho phương trình hồi qui bậc hai để tìm thông số công nghệ tối ưu cho trình gia công - Tiếp tục làm thí nghiệm khác để tìm qui luật quan hệ cách tổng quát lực cắt độ nhám bề mặt, từ xây dựng mô hình đo độ nhám bề mặt thông qua đo lực cắt GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Văn Nghìn, Phạm Ngọc Tuấn, Lê Trung Thực, Nguyễn Văn Giáp, Thái Thị Thu Hà: Các Phương Pháp Gia Công Kim Loại, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh [2] Đặng Văn Nghìn, Lê Minh Ngọc, Lê Đăng Nguyên, Lê Trung Thực: Cơ sở công nghệ chế tạo máy, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh [3] Công nghệ chế tạo máy: Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2003 [4] Đoàn Thị Minh Trinh: Công nghệ CAD/CAM, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 1998 [5] Nguyễn Trọng Bình: Tối ưu hóa trình cắt gọt, Nhà xuất giáo dục, 2003 [6] Tạ Duy Liêm: Máy công cụ CNC, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1999 [7] Nguyễn Cảnh: Qui hoạch thực nghiệm, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [8] Nguyễn Doãn Ý: Giáo trình Qui hoạch thực nghiệm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội [9] Trần Văn Địch: Nghiên cứu độ xác gia công thực nghiệm, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2003 [10] Nguyễn Ngọc Đào-Trần Thế Sang-Hồ Viết Bình: Chế độ cắt gia công Cơ khí, Nhà xuất Đà Nẵng [11] Tzeng Yen-his, Tzeng Yih-fong “Optimal Parameter Design of High-Speed CNC Milling Process Using Taguchi Methods”, Yenchao, Kaohsing, Taiwan, Republic of China, July 2003 GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 102 [12] L.Yang, C.Chen “A Syntematic Approach for Identifying Optimum Surface Roughness Performance in End-Milling Operations”, Journal of Industrial Technology, 2001 [13] Han Huang A “Study of High-Speed Milling Characteristics Of Nitinol” School of Mechanical Engineering, University of Western Australia, Crawley, Australia [14] Abdou G., Tereshkovich W., “ Optimal Operating in High Speed Milling Operations for Aluminum” Int J Adv Manuf Technology (2000) [15] Wen-Hsiang Lai “Modeling of Cutting Forces in End Milling Operations”, Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol.3, No 1, pp 15-22 2000 [16] Vidakis, Antoniadis, Savakis, Gotsis “Simulation of ball end”, Technological Educational Institute of Crete-Mem.ASME [17] Smith S., Tlusty J “An Overview of Modeling and Simulation of the Milling Process” Journal of Engineering for Industry, Vol 11/169, May 1991 [18] Ismail F., Albestawi M., “Generation of Milled Surface Including Tool Dynamics and Wear,” ASME, Journal of Engineering for Industry, Vol 115, Pg.225, Aug 1993 [19] Abdou G., Yien J “Alalysis of Force Patterns and Tool Life in Toos Life in Milling Operations” In Adv Mnanuf Trechnology (1995) Vol 10:11-18 [20] Jang D., Seireg A., “Manchining Parameter Optimization for Specified Surface Conditions” Journal of Engineering for Industry, Vol.114, p.254-257, May 1992 [21] Tang, Cheng “Adaptive Control of Machining Operation” Key Engineering Materials v138-140 1998 GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ 103 [22] Tugrul Ozel, “High-Speed Cutting of Cast Iron and Alloy Steels-State of Research”, Engineer Research Center for Net Shape Manufacturing, The Ohio State University, Columbus, Ohio, USA, 1998-1999 [23] Alphone Moisan, “Toward an Optimization of Complex Surface Finishing by Multi-Axis Ball-Nose End Milling of Dies and Molds” Cirp Workshop, Ensam Cluny, France May 4-5, 2004 [24] P T Mativenga & K K B Hon, “A Study of Cutting Forces and Surface Finish in High-Speed Machining of AISI H13 Tool Steel Using Carbide Tools With TiAIN Based Coating”, October 27, 2004 [25] Abdelmalak Salib, “ Empirical Model – Based Control For End Milling Process ”, New Jersey Institute of Technology, January 2001 GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: PHẠM KHÔI LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Phạm Khôi Ngày, tháng, năm sinh: 13-10-1950 Nơi sinh: Hải Dương Địa liên lạc: Trường Đại Học Công Nghiệp Tp Hồ Chí Minh Quá trình đào tạo: - Đại học Mở Bán Công Tp Hồ Chí Minh Ngành học : Cơ Điện Thời gian: Từ 9/1994 đến 6/1998 - Đại học Bách Khoa Tp, HỒ CHÍ MINH Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy Thời gian: Từ 9/2004 đến Quá trình công tác: - 11/86 đến 10/1990: Thực tập sinh Tiệp Khắc Bí thư đảng uỷ vùng huyện Vsetin - 11/1990 đến nay: Giáo viên trường Trung Học Công Nghiệp (nay Đại Học Công Nghịêp Tp Hồ Chí Minh) ... TÀI: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CNC II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Phần lí thuyết: - Nghiên cứu công nghệ phay CNC chất lượng bề mặt chi tiết - Nghiên cứu lực cắt phay. .. nghiên cứu thực nghiệm thông số trình phay CNC Nội dung gồm: Chương 1: Chương trình bày vai trò phay việc chế tạo sản phẩm phức tạp, vấn đề quan tâm nghiên cứu trình phay, công trình nghiên cứu. .. vụ nghiên cứu Để đạt mục tiêu nghiên cứu cần thực nhiệm vụ sau đây: - Nghiên cứu tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết trình phay thông số công nghệ trình phay