4.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt bằng phương pháp thực
4.1.1. Xử lý dữ liệu thực nghiệm [16], [17], [18]
Xác định tỷ số S/N (Signal to noise-độ sạch của tín hiệu). Tỷ số S/N có đơn vị là đêxiben (db) và được tính:
) ( log 10
/N 10 MSD
S =− (4.1)
Trong đó:
MSD là độ lệch trung bình bình phương và tính cho các trường hợp khác nhau:
- Nếu giá trị đầu ra mà là đại lượng có tính chất càng nhỏcàng tốt: độnhám bề mặt, bước nhám, lực cắt, mòn dao…thì MSD được tính bằng công thức:
( )2
1
1
=
= m
j ij
i y
MSD m
(4.2) - Nếu giá trịđầu ra mà là đại lượng có tính chất càng lớn càng tốt: năng suất gia
công thì MSD được tính bằng công thức:
=
= m
j ij
i m y
MSD
1 2
1
1 (4.3)
- Nếu giá trị đầu ra cần đảm bảo một giá trị danh nghĩa hoặc một giá trị cần y0
nào đó thì MSD được tính bằng công thức:
( )2
1
0
1
=
−
= m
j ij
i y y
MSD m (4.4)
Trong phân tích Taguchi sử dụng tỷ số S/N thay cho giá trị trung bình để quá trình đánh giá kết quảchính xác hơn:
57
- Sử dụng tỷ số S/N sẽ giúp lựa chọn được bộ thông số tối ưu dựa trên cơ sở độ phân tán ít nhất của các giá trịxung quanh giá trị mong muốn và giá trị trung bình gần nhất với giá trị mong muốn.
- Sử dụng tỷ số S/N giúp so sánh cả hai thông tin về giá trị trung bình gần nhất với giá trị mong muốn và độ lệch của các giá trịquanh giá trị mong muốn.
Nếu tổng độ lệch trung bình bình phương MSD càng lớn thì các giá trị yi càng xa xung quanh giá trịđích mong muốn và giá trị tỷ sốS/N càng nhỏ. Điều này có thể khẳng định nếu nhiễu ít thì giá trị S/N càng lớn và ngược lại. Vì vậy có thể dùng giá trị tỷ số S/N để đánh giá cho mức độ ảnh hưởng của các yếu tố không điều khiển được, tỷ số S/N có ý nghĩa về độ sạch tín hiệu thu được của một đầu ra quan tâm đối với các tín hiệu nhiễu. Thực tế giá trị đầu ra mong muốn là giá trị y0 (giá trị đích)-giá trị mong muốn không có nhiễu như trong hình 4.1. Những yếu tố nhiễu làm tản mát gía trị đích và dịch chuyển các giá trị đầu ra trượt khỏi giá trị đích gây ra sai lệch ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến yếu tố đầu ra.
Hình 4.2 minh họa cho quá trình thu nhận dữ liệu đầu ra ở 2 tập dữ liệu khác nhau nhưng cùng một bộ thông số đầu vào. Về bản chất nếu không có các yếu tố nhiễu gây ra (điều kiện lý tưởng) thì với một bộ thông số đầu vào cụ thể sẽ có một
y0 ytb
Giá trị đầu ra Tần suất
Hình 4.1: Phân bốđầu ra thực và giá trịđích
58
giá trị đầu ra mong muốn duy nhất y0. Nhưng quá trình thực tế luôn tồn tại yếu tố nhiễu gây sai lệch cho các giá trị thực xung quanh giá trị mong muốn y0. Trong hình 4.2, tập dữ liệu 2 ít bị nhiễu hơn tập 1 vì tỷ số S/N của tập 2 lớn hơn tập 1 nghĩa là quá trình thực hiện gia công và đo đạc trong điều kiện của tập số 2 sẽ tốt hơn tập số 1.
Khi sử dụng tỷ số S/N trong phân tích tính toán đã đem lại tính hiệu quả hơn:
- Số bậc tự do cho thực nghiệm giảm đi
- Tỷ sốS/N đánh giá cả giá trị trung bình và độ lệch trung bình bình phương trong cùng một lúc. Ngoài ra nó còn được sử dụng để tính lại giá trị y ban đầu.
Từ hình 4.2 có thể thấy tỷ số S/N đặc trưng cho khả năng tập trung xung quang giá trịđích y0. Do vậy dùng tỷ sốS/N thay cho giá trịtrung bình của tập số liệu liệu thí nghiệm sẽ cho đánh giá đúng bản chất hơn của ảnh hưởng các yếu tố chính điều khiển và các yếu tố nhiễu không điều khiển được.
ytb2
ytb1 Giá trịđầu ra
Tần suất
y0
(S/N)2 (MSD)2
(S/N)1
(MSD)1 (S/N)1
(MSD)1
< (S/N)2
> (MSD)2
Hình 4.2: Ảnh hưởng của độ nhiễu lên kết quảđầu ra tính theo tỷ số S/N
59
( )2 exp2
1
1 y y
MSD m
m
j
j
=
=
(4.5) Trong bài toán này, yếu tốđầu ra (Rz) càng bé càng tốt, vì thếta áp dụng công thức (4.5) sử dụng tính toán cho trường hợp này.
Từ kết quả thực nghiệm ở bảng 2, tỷ số S/N được xác định theo bảng sau:
Bảng 4.1: Bảng tính tỷ số S/N
TT v S t
Rz
S/N (Yi) Lần
1
Lần 2
Lần 3
1 1 1 1 3,5 4 3,7 -11,51 2 1 2 2 4,3 3,7 4,1 -12,13 3 1 3 3 2,1 2,1 2,1 -6,4 4 1 4 4 3,9 4 3,3 -11,52 5 1 5 5 2,3 2,4 2,5 -7,69 6 2 1 2 3,1 2,5 2,1 -8,34 7 2 2 3 4,4 3,9 3,4 -11,84 8 2 3 4 2,6 2,2 2,1 -7,4 9 2 4 5 5,2 4,9 4,9 -14 10 2 5 1 4,6 4,4 4,2 -12,92 11 3 1 3 2,9 2,8 2,7 -8,91 12 3 2 4 5,4 5,8 5,1 -14,71 13 3 3 5 3,7 3,7 3,2 -10,93
60
14 3 4 1 3,2 3,8 3,2 -10,68 15 3 5 2 3,6 3,4 3,1 -10,59 16 4 1 4 3,4 3,5 3,5 -10,74 17 4 2 5 4 4,3 4,3 -12,47 18 4 3 1 2,1 2,3 2,2 -6,94 19 4 4 2 2,8 3 2,5 -8,97 20 4 5 3 5,5 5,2 5 -14,36 21 5 1 5 3,7 3,8 3,5 -11,29 22 5 2 1 3,2 3,4 2,9 -10,06 23 5 3 2 3,9 4 3,7 -11,75 24 5 4 3 4 4,2 3,8 -12,07 25 5 5 4 3,4 3,6 3,2 -10,67
4.1.2. Đánh giá mức độảnh hưởng của các yếu tốcông nghệ đến độnhám bề mặt bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi [16], [17], [18]
Sử dụng tỷ sốS/N cho quá trình phân tích số liệu trong bảng 4.2. Đối với Rz là chỉ tiêu chất lượng bề mặt nên Rz càng nhỏ càng tốt, do vậy tỷ số S/N được tính theo công thức:
) ) 1 (
( log 10 )
/
( 2
1
10
=
−
=
= m
j ji i
i Rz
y m N
S (4.6)
Tính phương sai tổng ST:
CF y S
n
i i
T = −
=1
2 =
n y y
n
i n i
i i
=
=
− 1
1
2 = 55,59
61 Tính phương sai thành phần: nv = ns = nt =5
2 2
1 1
1 5,91
k k
m n
V iv
k v i
S y T
n n
= =
= − =
2 2
1 1
1 37,89
k k
m n
S is
k s i
S y T
n n
= =
= − =
2 2
1 1
1 3, 04
k k
m n
t it
k t i
S y T
n n
= =
= − =
Giá trị trung bình bình phương do yếu tố nhiễu gây ra là:
8, 75
e T v s t
S =S − − − =S S S
Mức độảnh hưởng của mỗi yếu tốchính và yếu tố nhiễu:
5, 91
.100(%) .100(%) 12, 61(%) 55, 59
v v
T
P S
= S = =
37,89
.100(%) .100(%) 80,89(%)
55, 59
s s
T
P S
= S = =
3, 04
.100(%) .100(%) 6, 4(%)
55, 59
t t
T
P S
= S = =
8, 75
.100(%) .100(%) 15, 74(%)
55, 59
e e
T
P S
= S = =
Bảng 4.2: Bảng tổng hợp phương sai theo phương pháp Taguchi
ST Sv SS St Se Pv PS Pt Pe
5,59 5,91 37,89 3,04 8,75 12,61% 80,89% 6,4% 15,74%
Như vậy, không kể đến các yếu tố lẫn của việc điều khiển thì thấy rằng ảnh hưởng của lượng tiến dao là lớn nhất đến 80,89%, thứ hai là vận tốc cắt 12,61% và thứ bà là chiều sâu cắt 6,4%. Với mức độ ảnh hưởng như vậy thì tập trung điều khiển
62
lượng tiến dao trong dải cắt với vật liệu thép SKD11 đã chọn sẽ cho hiệu quả cao nhất. Hai yếu tố vận tốc cắt và chiều sâu cắt có ảnh hưởng không đáng kể so với lượng tiến dao, do đó tùy theo điều kiện cắt thô hay cắt tinh mà lựa chọn điều khiển hai yếu tố này một cách hợp lý. Ngoài ra, yếu tố nhiễu cũng phải được quan tâm vì ảnh hưởng của nó đến chất lượng bề mặt gia công cũng đáng kể (14,74%). Những yếu tố nhiễu bao gồm các tác động từ bên ngoài, rung động, biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, mòn dao trong quá trình gia công, sai số khi đo đạc, thu thập dữ liệu…