CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM
2.3. Xây dựng, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào và nhiễu đến yếu tố đầu
yếu tố đầu ra bằng phân tích thực nghiệm Taguchi
Trong gia công cơ khí việc thường xuyên phải xử lý, đánh giá mức độ ảnh hưởng của một số yếu tố đầu vào tác động thế nào đến sự thay đổi của các yếu tố đầu ra là rất quan trọng. Quá trình đánh giá mức độtác động của các yếu tố cho biết bản chất sự ảnh hưởng của các yếu tố đó. Các yếu tố có thể tác động độc lập đến đầu ra hoặc tác động lẫn nhau đến đầu ra. Trên cơ sở đó để điều khiển các yếu tố cho đầu ra theo mong muốn.
2.3.1. Các yếu tốđầu vào
Các yếu tố đầu vào của quá trình phay như: Máy, phôi, chế độ cắt, dụng cụ gia công, phương pháp gia công, dung dịch trơn nguội có ảnh hướng quyết định đến chi phí gia công và chất lượng bề mặt, độ chính xác của chi tiết gia công. Ứng với điều kiện gia công cụ thể thì chế độ cắt là thông số đầu vào duy nhất thay đôi, các thông sổ còn lại thường không thay đổi.
2.3.2. Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay
Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay bao gồm:
Lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao, rung động. Các đại lượng này chịu ảnh hưởng của các thông sốđầu vào có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau trong quá trình cắt và ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số đầu ra là chất lượng và chi phí gia công. Chính vì vậy các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong quá trình phay luôn là mục tiêu của nhiều công trình nghiên cứu
2.3.3. Các thông sốđầu ra a. Chất lượng gia công
Chất lượng gia công là một trong các yếu tố cơ bản cần phải đạt được của tất cả các quá trình gia công. Chất lượng gia công là chỉ tiêu đánh gia khả năng làm việc của chi tiết gia công. Chất lượng gia công bao gồm nhiều chỉ tiêu đánh giá như: sai lệch kích thước hình dán bề mặt, chất lượng bề mặt chi tiết…
b. Chi phí gia công và năng suất gia công
39
Chi phí gia công hoặc năng suất gia công thường được chọn là hàm mục tiêu để nghiên cứu tối ưu hoá nguyên công. Đối với nguyên công phay người ta thường chọn hàm chi phí gia công K = f(V, Sz, B, t) làm hàm mục tiêu để giải bài toán xác định chểđộ cắt tối ưu trên cơ sởcác chỉtiêu chất lượng nguyên công làm điều kiện ràng buộc.
Hình 2.1: Mô hình hóa quá trình cắt khi phay
CÁC YẾU TỐ ÐẦU VÀO
CÁC YẾU TỐ XUẤT HIỆN TRONG
QUÁ TRÌNH PHAY
CÁC YẾU TỐ ÐẦU RA MÁY
- Trung tâm phay CNC - Ðộ cứng vững của máy
TÍNH KINH TẾ - Chi phí gia công - Nang suất gia công PHÔI
- Hình dáng hình học, kích thước phôi
- Ðộ cứng vững của máy CHẾ ÐỘ CẮT
- Vận tốc cắt v - Lượng tiến dao S - Chiều sâu cắt t
DỤNG CỤ GIA CÔNG - Kiểu dao, vật liệu làm dao - Thông số hình học PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG - Sơ đồ cắt
- Phương pháp gia công DUNG DỊCH TRƠN NGUỘI - Thành phần dung dịch - Chế độ tưới
CHẤT LƯỢNG
- Sai lệch hình dáng hình học, kích thước và vị trí tương quan
- Chất lượnng bề mặt - Ðộ nhẵn bề mặt - Tổ chức lớp bề mặt - Tính chất cơ lý lớp bề mặt - Ðộ cứng tế vi
LỰC CẮT
NHIỆT CẮT
MÒN DAO RUNG ÐỘNG
40
2.4. Ưu điểm của phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi so với các
phương pháp truyền thống khác
Quá trình tính toán, dự đoán sự ảnh hưởng của các yếu tố đến nhau thường dự đoán qua hệ số tương quan giữa các yếu tố. Hệ số tương quan chỉ cho biết xu hướng ảnh hưởng của yếu tố đó đến yếu tố phụ thuộc (ảnh hưởng thuận hay ảnh hưởng nghịch) và mức độ quan hệ chặt chẽ hay không. Hệ số tương quan thể hiện sự ảnh hưởng có tính chất định tính mà chưa định lượng mức độ đó. Hệ số tương quan gần bằng một thì khẳng định mối quan hệ chặt chẽ và gần như là tuyến tính. Nếu hệ số tương quan gần bằng không thì mối quan hệ không chặt chẽ hoặc không tồn tại mối quan hệ. Những trường hợp khác thì thể hiện mối quan hệ là phi tuyến và tùy vào giá trị hệ sốtương quan để kết luận. Trong bài toán kỹ thuật cơ khí, mối quan hệ giữa các yếu tố thường là phi tuyến. Vậy phương pháp phân tích hệ số tương quan không cho biết mức độảnh hưởng như thếnào, trong các yếu tốtác động thì yếu tốnào tác động nhiều nhất hoặc ít nhất, đây là những thông tin rất quan trọng trong kỹ thuật điều khiển để có một quyết định có hay không tham gia vào điều khiển yếu tố đó.
Mặt khác phương pháp phân tích hệ sốtương quan không tính đến sựtác động của các yếu tố không điều khiển (yếu tố nhiễu): các yếu tố ngẫu nhiên, sai số ngẫu nhiên khi đo, rung động ngẫu nhiên từ bên ngoài, nhiệt độ môi trường…các yếu tố không điều khiển này làm sai lệch bản chất ảnh hưởng của các yếu tốđối với yếu tố khác. Vì vậy để một phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng phải đảm bảo làm rõ được các thông tin:
- Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố độc lập đến yếu tố đầu ra - Yếu tố tác động lẫn ảnh hưởng đến yếu tố đầu ra
- Xác định định lượng mức độảnh hưởng - Các yếu tố nhiễu tác động đến yếu tố đầu ra.
Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến kết quả đầu ra thông thường sử dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA-Analysis of Variance). Với phương
41
pháp này giá trị của một thông số đầu ra quan tâm được sử dụng để tính toán là giá trịtrung bình của các số liệu đầu ra. Ngoài ra với phương pháp phân tích phương sai giá trị trung bình và độ phân tán được tính toán và sử dụng một cách độc lập với nhau.
Bảng 2.5: Kết quả thực nghiệm sử dụng để xửlý kết quả
STT v s t Rztb Tỷ số
S/N
1 1 1 1 ytb1 S/N1
2 1 1 2 ytb2 S/N2
3 2 2 1 ytb3 S/N3
… … …. …
n nv ns nt ytbn S/Nn
Trong đó:
m y
m
j
ij
= =1
ytbi với j=1 đến m; i=1 đến n (2.52)
Với cách thức tính như vậy sẽ không kể đến ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu do các lần đo khác nhau hay các sai số ngẫu nhiên khác bị lẫn trong kết quảđầu ra.
Phương pháp Taguchi thiết kế đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố chính trong quá trình làm việc và các yếu tố nhiễu (yếu tố không điều khiển được) tác động làm sai lệch đi kết quả mong muốn đầu ra: rung động từbên ngoài, sai số ngẫu nhiên của thiết bị đo…Bản chất của quá trình thu nhận được các giá trị đầu ra quan tâm bị ảnh hưởng bời nhiễu nên giá trịđầu ra thực yiphân bốxung quanh giá trịtrung bình ytb với một độphân tán . Phương pháp Taguchi không sử dụng giá trịtrung bình ytb cho các tính toán như phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) mà thay vào đó là tính theo giá trị tỷ số S/N (Đã giới thiệu ở trên)
Trong phân tích Taguchi sử dụng tỷ số S/N thay cho giá trị trung bình để quá trình đánh giá kết quả chính xác hơn:
42
- Sử dụng tỷ số S/N sẽ giúp lựa chọn được bộ thông số tối ưu dựa trên cơ sở độ phân tánít 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.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Chương này đã nghiên cứu tìm hiểu các vấn đề sau:
- Tìm hiểu phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi, ưu nhược điểm của phương pháp.
- Các bước thiết kế thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi
- Xây dựng đồ thị biểu diện sự ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt (v, S, t) đến chất lượng bề mặt Rz. Từđó tạo tiền đềxây dựng hàm quan hệ toán học biểu diễn mối liên hệ giữa thông số chế độ cắt (v, S, t) và độ nhám bề mặt Rz
43