Kiểm tra đánh giá độ chính xác tạo hình:

Sử dụng máy ký hiệu HSCAN331 Handheld 3D Scanner (Hình 3.4). Độ chính xác lên đến 0.03 mm. Tốc độ đạt 265,000 measures/s. Có thể scan được những mẫu đen, bóng, mỏng Thiết bị hoạt động linh hoạt với phương pháp định vị tọa độ điểm nên cả máy và mẫu đều có thể di chuyển khi scan. Sau khi quét xong, xuất định dạng đám mây điểm (stl). Các đám mây điểm này được đăng nhập với bề mặt mẫu thiết kế để đánh giá sai số hình học bề mặt.

Hình 4.11 Quét mẫu thực nghiệm trên máy HSCAN331 Handheld 3D

Sử dụng máy quét HSCAN331 Handheld 3D Scanner thu được 9 file đám mây điểm bề mặt (hình 4.11). Các đám mây điểm này được đăng nhập với bề mặt mẫu thiết kế để đánh giá sai số hình học bề mặt, thông qua phần mềm Geomagic Quality 2003. Ví dụ trên (hình 4.12) Là kết quả kiểm tra của mẫu số 1 đến 9.

Hình 4.12 Kết quả xử lý mẫu gia công bằng máy HSCAN331 Handheld 3D

Số liệu xử lý mẫu về sai số hình học khi tạo hình bề mặt sản phẩm cánh máy bơm Max và min theo cấp độ các bộ thống số chế độ cắt được thống kê ở (bảng 4.5). Chỉ tiêu đánh giá độ chính xác tạo hình ở đây được chọn là sai số trung bình được xác định như sau: Average D = (upper D - lower D)/2. Kết quả sai số TB của 9 mẫu được trình bày trong (bảng 4.6).

Bảng 4.5 Số liệu thực nghiệm sai số cục bộ max, min các mẫu thí nghiệm

TT mẫu

Thông số gia công phay cuối

Max (µm) Min (µm) Kiểu đường dụng cụ Bước tiến ngang (mm) Đường kính dụng cụ (mm) (1) (2) (3) (4) (5) (6) 1 Zigzac 0,10 4 30.280 -22.700 2 Zigzac 0,45 6 33.420 -43.140 3 Zigzac 0,80 8 46.500 -40.800 4 Oneway 0,10 6 37.500 -23.500 5 Oneway 0,45 8 33.740 -30.360 6 Oneway 0,80 4 32.590 -31.370 7 Spiral 0,10 8 36.970 -35.930 8 Spiral 0,45 4 42.750 -39.770 9 Spiral 0,80 6 52.500 -49.140

4.2.2 Xử lý số liệu thực nghiệm trên Geomagic:

Nhằm mục đích đánh giá mức độ ảnh hưởng của 3 yếu tố kiểu đường dụng cụ, bước tiến dao ngang, đường kính dụng cụ đến độ chính xác tạo hình bề mặt tự do có dạng cánh bơm khi gia công trên máy phay CNC 3 trục và mức độ ảnh hưởng của các thông số đó. Từ đó tìm ra bộ thông số tối ưu để áp dụng gia công cánh bơm.

4.2.2.1. Phân tích tỷ lệ tín hiệu nhiễu:

Sử dụng phương pháp Taguchi với mẳng trực giao L9 (3^3) để xử lý số liệu thống kê trong thực nghiệm

Bảng 4.6 Bố cục thí nghiệm sử dụng mảng trực giao Taguchi L9 (3^3)

Thông số gia công phay cuối Sai số trung bình (µm) MSD S/N ratios Kiểu đường dụng cụ Bước tiến ngang (mm) Đường kính dụng cụ (mm) 1 Zigzag 0.10 4 30.450 927.20 -29.67 2 Zigzag 0.45 6 38.280 1465.36 -31.66

93 3 Zigzag 0.80 8 43.650 1905.32 -32.80 4 Oneway 0.10 6 30.500 930.25 -29.69 5 Oneway 0.45 8 33.050 1092.30 -30.38 6 Oneway 0.80 4 31.980 1022.72 -30.10 7 Spiral 0.10 8 36.450 1328.60 -31.23 8 Spiral 0.45 4 41.260 1702.39 -32.31 9 Spiral 0.80 6 50.820 2582.67 -34.12

Tỷ lệ S/N trung bình cho từng thông số cắt ở các mức 1, 2 và 3 có thể được tính bằng cách lấy trung bình các tỷ lệ S/N cho các thí nghiệm tương ứng. Tỷ lệ S/N trung bình cho từng cấp độ của các tham số cắt có thể được tính toán và nó thường được định nghĩa là bảng đáp ứng tỷ lệ S/N trung bình cho MSD của hình dạng bề mặt. Trong (Hình 4.13) được hiển thị biểu đồ đáp ứng tỷ lệ S/N cho hình dạng bề mặt. Người ta có tỷ lệ S/N cao cho phương sai bề mặt nhỏ hơn xung quanh giá trị mong muốn. Tuy nhiên, tầm quan trọng tương đối giữa các tham số phay đối với hình dạng bề mặt vẫn cần phải được xác định, do đó, sự kết hợp tối ưu của các mức tham số gia công có thể được xác định chính xác hơn bằng cách sử dụng phân tích phương sai (ANOVA).

spiral oneway zigzac 0.050 0.045 0.040 0.035 0.030 0.80 0.45 0.10 4 6 8 Toolpath M ea n o f M ea ns

Side step Tool diam

Main Effects Plot for Means

Hình 4.13 Hiệu ứng chính tỷ lệ S/N cho độ chính xác hình học của bề mặt gia công

4.2.2.2. Phân tích phương sai:

Mục tiêu của phân tích phương sai là xác định tham số thiết kế nào có ý nghĩa ảnh hưởng đến độ chính xác hình học của bề mặt gia công. Mục tiêu này đạt được bằng cách phân chia độ biến thiên của tỷ lệ S/N được đo bằng tổng độ lệch bình phương so với tổng tỷ lệ S/N trung bình, trong sự đóng góp của từng thông số cắt và sai số.

Tỷ số F là công cụ thống kê để xác minh tham số thiết kế nào ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính chất lượng. Tỷ lệ này được định nghĩa là tỷ lệ độ lệch bình phương trung bình của yếu tố và độ lệch bình phương trung bình của sai số. Nói chung, khi giá trị của Tỷ lệ F lớn hơn bốn, điều đó có nghĩa là sự biến đổi của tham số thiết kế có ảnh hưởng quan trọng đến đặc tính chất lượng.

Phân tích các giá trị F-Ratio cho thấy đường dụng cụ và bước tiến ngang là các tham số cắt quan trọng nhất. Đường dụng cụ đóng góp gần 49,65% có ảnh hưởng đáng kể nhất đến độ chính xác hình học của bề mặt gia công. Tiếp theo đó là bước tiến ngang và sau đó là đường kính dụng cụ cắt với mức đóng góp lần lượt là 36,78% và 10,60%, Các thông số cắt tối ưu cho độ chính xác hình học tốt nhất của bề mặt gia công là dụng cụ kiểu Oneway, bước ngang với S0 = 0,1 mm và đường kính dao D = 4mm kết quả cụ thể thể hiện ở bảng 4.7. spiral oneway zigzac 31 30 29 28 27 26 0.80 0.45 0.10 4 6 8 Toolpath M ea n o f S N r at io s

Side step Tool diam

Main Effects Plot for SN ratios

Data Means

Bảng 4.7 Kết quả ANOVA cho hình dạng bề mặt chi tiết tổ hợp mẫu

Thông số Bậc tự do Tổng bình phương sai lệch Bình phương trung bình sai lệch Tỷ lệ F Mức độ ảnh hưởng (%) A:T 2 9,380 4,690 16,72 49,65% B:S 2 6,955 3,475 12,39 36,78% C:D 2 2,003 1,002 3,57 10,60% Error 2 0,561 0,280 2,97% Tổng 8 18,895 100%

Trên cơ sở kết quả tổng hợp so sánh các bộ thông số gia công với các mức giá trị khác nhau dựa trên tỷ số S/N (Bảng 4.8). Với giá trị S/N càng lớn càng tốt ta chọn được các yếu tố cho tổ hợp bộ thông số tối ưu như sau:

- Kiểu đường dụng cụ: Ứng với mức 2 là kiểu Oneway;

- Bước tiến ngang: Ứng với mức 1 có bước tiến ngang S0 = 0,1mm; - Đường kính dụng cụ: Ứng với mức 1 có đường kính dụng cụ D = 4mm.

Tổ hợp thông số gia công tối ưu như sau: T2S1D1

Bảng 4.8 Kết quả tổng hợp so các mức giá trị ứng với các tỷ số S/N

S/N Kiểu đường dụng cụ (T)

Bước tiến ngang (S0) Đường kính dụng cụ (D) Mức 1 -31.38 -30.20 -30.69 2 -30.06 -31.45 -31.82 3 -32.56 -32.34 -31.47

4.3 Chế tạo cánh máy bơm hướng trục trên máy phay CNC 3 trục: 4.3.1 Mẫu gia công và sản phẩm thiết kế gia công 4.3.1 Mẫu gia công và sản phẩm thiết kế gia công

⁃ Sản phẩm gia công: Thiết kế bằng SOLIDWORKS có mặt gia công được lấy từ bề mặt trên của cánh bơm (hình 4.16).

⁃ Phôi dạng khối hộp: L x W x H = 190 x 100 x 90 (mm) (hình 4.14 và 4.15).

Hình 4.14 Phôi hợp kim nhôm 6061

Hình 4.15 Thiết kế kích thước phôi

Bản vẽ thiết kế cánh máy bơm hướng trục được sử dụng trong sản phẩm chế tạo là sản phẩm của chương 2 về thiết kế và mô hình hóa cánh máy bơm hướng trục trên phầm mềm SOLIDWORKS (hình 2.10).

4.3.2 Thiết bị và dụng cụ cắt sử dụng trong gia công:

4.3.2.1.Thiết bị:

Thiết bị sử dụng trong gia công chế tạo cánh máy bơm hướng trục là máy phay CNC 3 trục ký hiệu MORISEIKI NVX5060 dùng hệ diều hành Mitsubishi M730BM xuất xứ Nhật bản (Hình 3.4) với các thông số thể hiện ở (3.5).

4.3.2.2.Dụng cụ cắt:

Dụng cụ cắt sử dụng dao phay đầu cầu có ký hiệu: 2F*R2*4*8*50; (Hình 4.16). Các thông số cụ thể như sau:

Bảng 4.9 Thông số của dụng cụ cắt gia cong cánh máy bơm

No Tính chất Ký hiệu Giá trị (mm)

1 Đường kính dao Dd 4

2 Đường kính danh nghĩa D 4

3 Bán kính góc Rc 2

4 Tổng chều dài L 50

5 Độ dài phần cắt Lc 8

Hình 4.16 Dụng cụ cắt sử dụng gia công cánh máy bơm

4.3.3 Các thông số gia công

- Kiểu đường dụng cụ: Ứng với mức 2 là kiểu Oneway;

- Bước tiến ngang: Ứng với mức 1 có bước tiến ngang S0 = 0,1mm; - Đường kính dụng cụ: Ứng với mức 1 có đường kính dụng cụ D = 4mm.

4.3.4 Phương pháp công nghệ gia công và kết quả gia công

4.3.2.3.Phướng pháp công nghệ gia công:

Từ bản vẽ mô hình hóa 3D cánh máy bơm trên phầm mềm Solisword (Hình 4.10). Máy gia công sử dụng là loại máy phay CNC 3 trục hiệu MORISEIKI NVX5060 (hình 3.4). Các thông số dụng cụ cắt được lấy theo các thông số ở bảng 4.9. Kiểu đường dụng cụ được lựa chọn theo kết quả là đường kiểu Oneway và với thống số bước tiến ngang S0 = 0,10mm. Các thông số gia công khác được lựa chọn như ở phần gia công mẫu cụ thể sư như sau:

⁃ Vận tốc cắt v = 138 mm/min; ⁃ Chiều sâu cắt t = 0,1 mm;

⁃ Vận tốc tiến dao f = 549 mm/min; ⁃ Dung dịch trơn nguội emunxi, v.v...

4.3.2.4.Trình tự và các nguyên công:

Nguyên công 1: Dùng máy phay CNC 3 trục phay mặt trên cánh và đồng thời sử dụng dao tiện ren tiện kích thước lắp ráp chuôi cánh mặt trên;

Nguyên công 2: Sử dụng bàn xoay để xoay cánh 1800 và lặp lại nguyên công 1 đối với mặt dưới cánh;

Nguyên công 3: Sử dụng máy cắt dây cắt biên dạng bao ngoài cánh. Tất cả các nguyên công đều sử dụng đồ gá kẹp chuyên dụng.

4.3.2.5.Kết quả gia công cánh máy bơm trên máy phay CNC 3 trục:

Với các thông số công nghệ được lựa chọn là kết quả nghiên cứu của luận văn, sử dụng máy gia công la máy phay CNC 3 trục và các thiết bị hỗ trợ. Sản phẩm tạo ra là cánh máy bơm hướng trục có độ chính xác hình học cao, chất lượng bề mặt gia công đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về mọi mặt. Có tính khoa học và thực tế cao và cũng mở ra một hướng mới cho áp dụng công nghệ gia công cánh máy bơm hướng trục nói riêng và cánh máy bơm các loại nói chung (Hình 4.17).

Hình 4.17 Cánh máy bơm hướng trục gia công trên máy phay CNC 3 trục

4.4 Kết luận chương 4:

Bằng việc sử dụng phương pháp Taguchi trong xử lý số liệu thực nghiệm kết hợp với phân tích phương sai ANOVA, việc phân tích và đánh

giá kết quả thực nghiệm đảm bảo xác định chính xác hơn mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt (các yếu tố điều khiển được) đến độ độ chính xác hình học của bề mặt tự do cụ thể như sau: Đối với đường kiểu đường dụng cụ T ảnh hưởng lớn nhất với (49,65%), Bước tiến ngang S0 (36,78%) tiếp đến kính dụng cụ cắt D, (10,60%) và ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu (2,97%). Kết quả trên cũng chỉ ra rằng kiểu đường dụng cụ T đóng vai trò quan trọng độ chính xác hình học khi gia công chế tạo bề mặt tự do. Nghiên cứu cũng đưa ra được lựa chọn tối ưu chế độ cắt trong phạm vi miền giá trị lựa chọn các thông số chế độ cắt nhằm đạt được độ chính xác hình học của bề mặt gia công là:

- Kiểu đường dụng cụ T là kiểu Oneway; - Bước tiến ngang S0 = 0,10 mm;

- Đường kính dụng cụ D = 4,0mm).

Sản phẩm cánh máy bơm được chế tạo khi sử dụng bộ thông số lựa chọn tối ưu trên để gia công trên máy phay CNC 3 trục với độ chính xác tạo hình cao, đáp ứng các yêu cầu về thủy động học theo thiết kế được thể hiện ở (Hình 4.17).

100

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận:

Luận văn đã nghiên cứu và hệ thống hóa được hệ thống đường và mặt tự do, ứng dụng của mặt và đường tự do trong thiết kế và gia công cơ khí. Tìm hiểu, phân tích và đánh giá đường dụng cụ, dụng cụ, các thông số của đường dụng cụ và dụng cụ cùng các ảnh hưởng của chúng đến độ chính xác tạo hình bề mặt chi tiết và chất lượng gia công.

Sản phẩm đã thiết kế và mô hình hóa được các mẫu thực nghiệm và cánh máy bơm bằng phần mềm SOLIDWORKS để phục vụ quá trình thực nghiệm và gia công chế tạo cánh máy bơm.

Đã sử dụng phương pháp Taguchi trong nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với phân tích phương sai ANOVA, việc phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm đảm bảo xác định chính xác hơn mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt (các yếu tố điều khiển được) đến độ chính xác tạo hình bề mặt gia công cụ thể như sau: Kiểu đường dụng cụ T ảnh hưởng lớn nhất (49,65%), bước tiến ngang S0 (36,78%), tiếp đến là đường kính dụng cụ cắt D (10,60%) và ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu (2,97%). Kết quả trên cũng chỉ ra rằng kiểu đường dụng cụ T đóng vai trò quan trọng độ chính xác hình học khi gia công chế tạo bề mặt tự do.

Luận văn đã lựa chọn được bộ thông số chế độ cắt tối ưu nhằm đạt được độ chính xác hình học của bề mặt gia công là: Kiểu đường dụng cụ T là kiểu Oneway, bước tiến ngang S0 = 0,10 mm, đường kính dụng cụ D = 4,0mm). Kết quả thực nghiệm trên là cơ sở để điều khiển và tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình gia công nhằm đem lại hiệu quả thiết thực mà các nhà công nghệ hướng tới.

2.Kiến nghị và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo:

Trong luận văn này tác giả mới nghiên cứu được ảnh hưởng tương tác đơn của các thông số chế độ cắt (Kiểu đường dụng cụ, bước tiến ngang S0 và kích thước dụng cụ D) khi phay bề mặt tự do có dạng ellipse dạng lõm

101

hợp kim nhôm AL6061 trên máy phay CNC 3 trục, ứng dụng phương pháp Taguchi kết hợp với phân tích phương sai ANOVA. Kết quả của luận văn cũng là tiền đề để phát triển các hướng nghiên cứu tiếp theo như:

- Đánh giá ảnh hưởng tương tác của các thông số chế độ cắt đến độ chính xác bề mặt gia công từ đó đánh giá đánh giá các yếu tố về kinh tế, kỹ thuật đối với sản phẩm máy bơm được thiết kế khi sử dụng bộ thông số để gia công cánh;

- Nghiên cứu sự liên hệ và ảnh hưởng của bộ thông số kiểu đường dụng cụ, bước tiến ngang S0, kích thước dụng cụ D và các thông số chế độ cắt như: Vận tốc cắt v, chiều sâu cắt t, lực cắt F đối với các vật liệu khác nhau để đưa ra sự lựa chọn tối ưu trong công nghệ gia công cánh máy bơm trên máy phay CNC 3 trục.

102

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] B. Akar, N. Kaynak, D. Gökçe, and M. Erdi (2010), “Computer

Numerical Control (CNC),” , in Computer Numerical Control (CNC),

Hacettepe University.

[2] S. N. Grigoriev and G. M. Martinov (2014), “Research and

development of a cross-platform CNC kernel for multi-axis machine tool,” , Procedia CIRP, vol. 14, pp. 517-522.

[3] A. Ghionea and G. Constantin (2014), “Kinematic Structures and

Machining Possibilities of,” vol. XXIII, no. 250, pp. 45-53.

[4] L. Kang-Ju, L. Yong-Xian, and Z. Zhe (2011), “Research in multiple

factors vibration controlling of CNC milling machine,” , Proc. - 4th Int. Conf. Intell. Comput. Technol. Autom. ICICTA 2011, vol. 1, pp. 472 - 475. [5] F. Abdulhani and J. ALswede (2014), “Study Of Vibration For CNC

Kiểm tra đánh giá độ chính xác tạo hình:

Tổng quan về bơm hướng trục:

Xây dựng mô hình Taguchi: