Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và chế độ cắt đến năng suất và nhám bề mặt khi gia công mặt cầu lồi trên trung tâm CNC 5 trục - Bùi Long Vịnh

(góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt v, lượng tiến dao S và chiều sâu cắt t) đến các thông số đầu ra (lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz và năng suất cắt Q) khi phay bằng dao phay cầu trên trung tâm gia công CNC 5 trục. - Xây dựng được các hàm toán học của lực cắt F, chiều cao mòn dao hs, nhám bề mặt Rz và năng suất cắt Q theo các thông số công nghệ (góc nghiêng trục dao θ, vận tốc cắt v, lượng tiến dao S và chiều sâu cắt t) khi phay bằng dao phay cầu trên trung tâm gia công CNC 5 trục. - Xác định được bài toán tối ưu đa mục tiêu cho quá trình phay bề mặt 3D trên trung tâm CNC 5 trục bằng dao phay cầu. - Xác định được bộ thông số công nghệ tối ưu trong điều kiện nghiên cứu. - Xây dựng được giải thuật tối ưu PSO tìm miền tối ưu bằng phương pháp Pareto. 7. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 4 chương, nội dung chính của từng chương được tóm tắt như sau: Chương 1: Tổng quan về phay bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục. 4 Chương 2: Một số đặc trưng của quá trình phay bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục. Chương 3: Xây dựng mô hình toán học bằng thực nghiệm giữa góc nghiêng trục dao và chế độ cắt với các thông số đầu ra. Chương 4: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để xác định thông số công nghệ tối ưu khi phay bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục bằng dao phay cầu. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 5 TRỤC 1.1 Đặc điểm tạo hình trên trung tâm gia công CNC 5 trục 1.1.1 Cấu hình của trung tâm gia công CNC 5 trục Trung tâm gia công phay dùng để gia công khuôn mẫu thường có cấu hình từ 3- 5 trục. Việc lập trình chuyển động được thực hiện nhờ các hệ thống lập trình chuyên dụng chạy trên máy tính. Nhược điểm lớn nhất của trung tâm gia công 3 trục là phương của trục dụng cụ luôn không đổi so với bàn máy. Một khuynh hướng mới trong sản xuất là dùng trung tâm gia công phay 5 trục điều khiển CNC. Các trung tâm gia công CNC 5 trục được phân loại theo vị trí các trục quay được thực hiện. Cấu hình có thể là: - Bàn máy mang phôi quay theo hai trục (kiểu bàn quay) - Trục chính mang dụng cụ cắt quay theo hai trục (kiểu đầu quay) - Bàn máy thực hiện quay theo 1 trục, trục chính thực hiện quay theo 1 trục (kiểu kết hợp giữa bàn quay và đầu quay). 1.1.2 Định hướng dụng cụ trên trung tâm gia công Góc nghiêng dao: là góc hợp bởi vector trục dao (hướng từ đỉnh dao đến chuôi dao) và vector pháp tuyến của mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt chi tiết gia công tại điểm cắt. Nếu vector trục dao nằm trong mặt phẳng chứa vector pháp tuyến của mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt chi tiết và vector tiếp tuyến của đường dụng cụ tại điểm cắt thì góc nghiêng dao được gọi là góc tiếp dẫn 5 Nếu vector trục dao nằm trong mặt phẳng chứa vector pháp tuyến của mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt chi tiết và vector vuông góc với tiếp tuyến của đường dụng cụ tại điểm cắt thì góc nghiêng dao được gọi là góc pháp dẫn 1.2 Dụng cụ gia công bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục 1.2.1 Khả năng cắt gọt của dao phay cầu Khi gia công các mặt phẳng và mặt trụ: dao để lại lượng dư gia công lớn hơn khi sử dụng dao phay ngón đầu phẳng với cùng một giá trị bước dịch ngang. Khi gia công các mặt chêm và mặt cong: dao để lại lượng dư gia công bé hơn khi sử dụng dao phay ngón đầu phẳng với cùng một giá trị bước dịch ngang. Do đó sử dụng dao phay ngón đầu cầu để gia công tinh mặt chêm và mặt cong tốt hơn dao phay ngón đầu phẳng. 1.2.2 Thông số hình học của dao phay cầu Lưỡi cắt của dao phay cầu trải trên mặt trụ và mặt cầu có cùng bán kính R0 1.2.3 Phương trình lưỡi cắt của dao phay cầu f(x,y,z) = X Rcos Y (Rsin ) Rcos√ =0 (1.8) 1.3Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.3.1Tình hình nghiên cứu trong nước 1.3.2Tình hình nghiên cứu ngoài nước Trên cơ sở nghiên cứu, tổng hợp các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước các tác giả đã nghiên cứu về khả năng công nghệ cũng như chất lượng bề mặt khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục. Khả năng tạo hình và chất lượng bề mặt phụ thuộc vào chế độ cắt (v, s, t) và góc nghiêng trục dao. Tuy nhiên các tác giả không nghiên cứu sự tương tác của các yếu tố đó đồng thời, chưa đánh giá được mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố công nghệ đó đến chất lượng đầu ra. Từ đó làm cơ sở điều khiển thông số công nghệ để đạt chất lượng đầu ra. Do đó đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và chế độ cắt đến năng suất và nhám bề mặt khi gia công mặt cầu 6 lồi trên trung tâm CNC 5 trục” giải quyết các vấn đề đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đầu vào (góc nghiêng trục dao, vận tốc căt, lượng tiến dao, chiều sâu cắt) đến các thông số công nghệ đầu ra (lực cắt, mòn dao, nhám bề mặt, năng suất gia công) và tối ưu hóa đa mục tiêu (chất lượng bề mặt, năng suất gia công). KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 1. Nghiên cứu tổng quan về quá trình gia công trên trung tâm CNC 5 trục với các thông số vật lý, hình học của dụng cụ cắt khi gia công. 2. Nghiên cứu khả năng gia công các bề mặt 3D tự do trên trung tâm gia công CNC 5 trục và góc nghiêng trục dao đến khả năng công nghệ. 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao và chế độ cắt đến chất lượng bề mặt, năng suất gia công. Từ đó xác định được điều khiển góc nghiêng và chế độ cắt là giải pháp cơ bản, hiệu quả để kiểm soát chất lượng và đảm bảo năng suất gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục. 4. Hiện nay, khi gia công trên trung tâm CNC 5 trục thì góc nghiêng trục dao được xác định trước so với bề mặt phôi chưa được nghiên cứu triệt để, chưa tối ưu. 5. Nghiên cứu trong nước và ngoài nước đến công nghệ gia công tạo hình bề mặt phức tạp trên trung tâm gia công và ảnh hưởng của chế độ công nghệ cũng như góc nghiêng trục dao đến năng suất và chất lượng bề mặt. CHƢƠNG 2: MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA QUÁ TRÌNH PHAY BỀ MẶT 3D 2.1 Lực cắt khi phay 2.1.1 Lực cắt trong hệ thống động lực học quá trình cắt Trong quá trình gia công lực cắt thường xuyên thay đổi (hình 2.1) do đó sẽ gây ra hiện tượng rung động khi cắt và tạo nên độ sóng bề mặt và sóng nhám ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt. 2.1.2 Lực tác dụng lên mặt trước và mặt sau của dụng cụ cắt Lực cắt P có thể phân tích theo các hướng trục tọa độ X, Y, Z của hệ trục tọa độ OXYZ thành các thành phần PX, PY, PZ. Khi thay đổi thông số hình học của dụng cụ cắt và các chế độ cắt thì các đại lượng 7 PX, PY, PZ cũng sẽ thay đổi đồng thời vị trí của chúng trong không gian cũng sẽ ổn định. Tổng lực các thành phần P sẽ là: 2 2 2 X Y ZP P P P   (2.2) 2.1.3 Ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt Tăng chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S: làm tăng diện tích cắt do đó các lực cắt thành phần đều tăng. Thực nghiệm đã xác định ảnh hưởng của t lớn hơn của S đến lực cắt. Tốc độ cắt ảnh hưởng đến lực cắt phức tạp hơn. Vận tốc cắt ảnh hưởng đến tần xuất ma sát của dao với phôi, do vậy sẽ làm tăng hay giảm nhiệt khi cắt. Thực chất ảnh hưởng của vận tốc cắt tới lực cắt là ảnh hưởng gián tiếp thông qua nhiệt cắt. 2.2 Mòn dao khi phay 2.2.1 Mài mòn của dụng cụ cắt 2.2.2 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ Phần cắt dụng cụ trong quá trình gia công thường bị mài mòn theo các dạng sau : - Mài mòn theo mặt sau - Mài mòn mặt trước - Mài mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau - Mài mòn tù lưỡi cắt 2.2.3 Chỉ tiêu đánh giá mài mòn dụng cụ cắt Lượng mòn ở mặt sau thường được đánh giá bởi chỉ tiêu chiều cao mòn hs. Chỉ tiêu mài mòn mặt sau hs, [hs] được xác định phụ thuộc chủ yêu vào phương pháp gia công (thô, tinh), vật liệu làm dao và vật liệu gia công. Khi gia công thô bằng dụng cụ hợp kim cứng [hs] = (0.8 1 mm) đối với thép và [hs] = (0.8 1.7 mm) đối với gang; khi gia công tinh thép [hs] = (0.2 0.8 mm). 2.2.4 Cơ chế mài mòn dụng cụ cắt 2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn dao Tốc độ cắt V là một nhân tố ảnh hưởng mạnh nhất tới T so với t và S . Vì khi cắt với vận tốc V càng lớn nhiệt cắt càng cao. Độ mòn của dao (chủ yếu là do mặt sau) càng nhanh đạt tới mức cho phép hs và dụng cụ cắt phải được mài lại, nghĩa là tuổi bền T giảm. 8 Diện tích cắt f = S.t Do đó tăng t và S hoặc tăng riêng S, riêng t đều làm f tăng. Nghĩa là công suất cắt tăng lên, dẫn đến nhiệt cắt tăng làm dụng cụ cắt mòn nhanh. Để giữ độ mòn [hs] không đổi thì rõ ràng là phải giảm T. 2.3 Chất lƣợng bề mặt khi phay 2.3.1 Tính chất hình học bề mặt gia công Độ nhấp nhô tế vi bề mặt là tập hợp tất cả những vết lồi, lõm với bước cực ngắn để tạo thành profin bề mặt chi tiết trong phạm vi chiều dài chuẩn l . Độ nhấp nhô tế vi bề mặt được hình thành do tác động của dụng cụ cắt tới bề mặt gia công. 2.3.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt tới bề mặt chi tiết gia công Theo pro.P.E.Diatrenco thì chiều cao nhấp nhô sau khi cắt gọt chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau [1]: a. Độ cứng vững của hệ thống và dao động cưỡng bức , dao động tự dung trong quá trình cắt b. Chế độ cắt, chủ yếu là V, S c. Biến dạng dẻo và đàn hồi của vật liệu gia công. d. Hình dạng hình học và vĩ mô của lưỡi cắt . 2.3.3 Ảnh hƣởng của góc nghiêng trục dao đến chất lƣợng bề mặt gia công Nghiêng trục dao làm thay đổi vị trí tiếp xúc giữa dao và phôi nên đường kính cắt thực thay đổi, dẫn đến vận tốc cắt thay đổi. Theo Marius Coma [29] nghiêng trục dao làm thay đổi diện tích cắt dẫn đến lực cắt thay đổi và do đó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công. Việc điều khiển được vị trí tiếp xúc giữa dao và phôi hay góc nghiêng trục dao sẽ góp phần nâng cao chất lượng bề mặt gia công. 2.4 Năng suất khi phay Các đại lượng đặc trưng cho quá trình cắt bao gồm [7]: Thể tích phoi phQ tạo thành trong 1 đơn vị thời gian: là tích số của diện tích tiết diện ngang của phoi với vecto tốc độ cắt: . .ph sQ B t v (2.15) KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 9 1. Nghiên cứu một số đặc trưng công nghệ khi phay trên trung tâm gia công CNC 5 trục bao gồm đặc tính về động học và động lực học. 2. Phân tích các đặc trưng chất lượng bề mặt khi phay trên trung tâm gia công. 3. Phân tích ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt, chất lượng bề mặt, lượng mòn dụng cụ cắt, năng suất gia công. 4. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt khi gia công từ đó xác định rõ các thông số cần điều khiển cho quá trình cắt là góc nghiêng trục dao, vận tốc cắt, lượng tiến dao, chiều sâu cắt để đảm bảo chất lượng, và năng suất gia công. CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC BẰNG THỰC NGHIỆM GIỮA GÓC NGHIÊNG TRỤC DAO VÀ CHẾ ĐỘ CẮT VỚI CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẦU RA 3.1 Xây dựng mô hình thực ngiệm 3.1.1 Sơ đồ thực nghiệm 3.1.2 Các đại lượng đầu vào Các thông số công nghệ điều khiển được là các thông số có ảnh hưởng mạnh nhất đến quá trình gia công phay, chính vì vậy chọn các thông số đó làm các đại lượng đầu vào. Cơ sở chọn dải thông số chế độ cắt là xuất phát từ khảo sát thực tế tại các công ty gia công sản xuất khuôn mẫu, sổ tay công nghệCác thông số bao gồm: - Vận tốc cắt V: 150 ≤ V ≤ 190 (m/phút). - Lượng chạy dao S: 200 ≤ S ≤ 600 (mm/phút). - Chiều sâu cắt t: 0.1 ≤ t ≤ 0.3mm. - Góc nghiêng trục dao θ: 14(0) ≤ θ ≤ 68(0). 3.1.3 Các đại lượng đầu ra Đầu ra của quá trình nghiên cứu khi phay CNC bao gồm: - Lực cắt: F(N) - Chiều cao mòn dao: hs(µm) - Nhám bề mặt: Rz (µm) - Năng suất gia công: Q (g/phút) 3.1.4 Các đại lượng cố định 3.1.5 Các đại lượng nhiễu 3.2 Điều kiện thực nghiệm 10 3.2.1 Máy phay CNC Thực nghiệm được thực hiện trên trung tâm gia công Mikron UCP600 tại trung tâm hỗ trợ đào tạo nghiên cứu và đổi mới công nghệ Cơ Khí, Viện Cơ Khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Đây là loại máy phay 5 trục kiểu bàn xoay dạng AC. 3.2.2 Phôi thực nghiệm Vật liệu thí nghiệm là thép hợp kim hay sử dụng trong gia công khuôn mẫu có kí hiệu SKD11 tiêu chuẩn Nhật Bản. 3.2.3 Dụng cụ cắt Dao được chế tạo dưới dạng liền khối, lưỡi cắt phủ TiAlN theo công nghệ nano của hãng YG được kí hiệu EMC56 3.3 Các thiết bị đo Máy Surtronic Duo của Đức Máy VHX của Nhật Bản Lực kế TelC của Đức Cân điện tử JWP của Đài Loan 3.4 Thiết kế ma trận thực nghiêm taguchi Với 4 thông số công nghệ: Vận tốc cắt, lượng tiến dao, chiều sâu cắt, góc nghiêng trục dao là 4 yếu tố đầu vào. Mỗi yếu tố được chia thành 5 mức (1, 2, 3, 4, 5). Do vậy ma tran trực giao Taguchi được thành lập: OA25(5 4). Nghĩa là bảng thí nghiệm với 4 yếu tố, mỗi yếu tố chia làm 5 mức, tổng số thí nghiệm là 25. Thí nghiệm được tiến hành với 25 bộ thông số công nghệ cho mỗi lần cắt. Mỗi bộ thông số công nghệ được cắt 3 lần. Các điều kiện cắt như nhau, trong môi trường giống nhau. 3.5 Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng mô hình toán học xác định mối quan hệ thực nghiệm Tiêu chuẩn để xác định một hàm toán học quan hệ thực nghiệm là sai lệch tại từng điểm dự đoán  càng nhỏ càng tốt hay nói cách khác là sai số trung bình của toàn bộ sai số dự đoán tb và độ phân tán của các sai số  càng nhỏ càng tốt. 3.6 Xác định mối quan hệ thực nghiệm 3.6.1 Xác định mối quan hệ thực nghiệm giữa chế độ cắt và lực cắt F khi gia công thép SKD11 11 Sử dụng phần mềm minitab hồi quy thực nghiệm quan hệ giữa (S, V, t,  ) và lực cắt F. Với tập dữ liệu thu được hàm hồi quy có dạng tương tác lẫn cho độ chính xác dự đoán cao nhất. Hàm quan hệ sau khi tính toán như sau: F = 28,49 – 0,0368669 . V – 0,0047209 . S + 315,382 . t – 1,19425 . + 0,000246017 .V .S – 1,54882 .V .t + 0,00572035 .V . – 0,135744 .S .t – 0,000184129 .S . + 0,79007 .t . (3.5) Hình 3. 10 Đồ thị ảnh hưởng của S và V tới F khi θ=140, t=0.1(mm) Hình 3. 11Đồ thị ảnh hưởng của t và V tới F khi θ=140, S=200 (mm/ph) Hình 3. 12 Đồ thị ảnh hưởng của và V tới F khi S=600(mm/ph), t=0.3(mm) Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng của S và t tớiF khi θ=140, V=190(m/ph) Hình 3. 14 Đồ thị ảnh hưởng của S và tới F khi V=150(m/ph), t=0.1(mm) Hình 3. 15 Đồ thị ảnh hưởng của t và tới F khi V=150(m/ph), S=200(mm/ph) 12 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến lực cắt bằng phương pháp Taguchi cho kết quả như sau: ảnh hưởng của góc nghiêng dao là 47.0594%, lượng tiến dao là 25.0815%, chiều sâu cắt là 15.7163%, vận tốc cắt 4.4072% và nhiễu là 7.7353%. 3.6.2 Xác định mối quan hệ thực nghiệm giữa chế độ cắt và chiều cao mòn dao hs khi gia công thép SKD11 Sử dụng phần mềm minitab hồi quy thực nghiệm quan hệ giữa (S, V, T,  ) và chiều cao mòn dao hs. Với tập dữ liệu thu được hàm hồi quy có dạng hàm số mũ cho độ chính xác dự đoán cao nhất. Hàm quan hệ sau khi tính toán như sau: hs = 2,321.10 -6 .V 2.38496 .S 0.285157 .T 0.589862 . -0.191772 (3.24) Hình 3.20 Đồ thị ảnh hưởng của S và V đến hs khi θ=140, T=10(phút) Hình 3. 21 Đồ thị ảnh hưởng của T và V đến hs khi θ=14 0, S=200(mm/ph) Hình 3. 22 Đồ thị ảnh hưởng của S và T đến hs khi S=600(mm/ph), T=50(phút) Hình 3. 23 Đồ thị ảnh hưởng của S và T đến hs khi V=150(m/ph), =14° 13 Hình 3. 24 Đồ thị ảnh hưởng của S và tới hs khi V=190(m/ph), T=50(phút) Hình 3.25 Đồ thị ảnh hưởng của T và tới hs khi V=150(m/ph), S=200(mm/ph) Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chiều cao mòn dao hs bằng phương pháp Taguchi cho kết quả như sau: ảnh hưởng của góc nghiêng dao là 7.4695%, lượng tiến dao là 8.1724%, thời gian cắt là 59.9725%, vận tốc cắt 20.1988% và nhiễu là 4.1867%. 3.6.3 Xác định mối quan hệ thực nghiệm giữa chế độ cắt và nhám bề mặt Rz khi gia công thép SKD11 Sử dụng phần mềm minitab hồi quy thực nghiệm quan hệ giữa (S, V, t,  ) và nhám bề mặt Rz. Với tập dữ liệu thu được hàm hồi quy có dạng tương tác lẫn cho độ chính xác dự đoán cao nhất. Hàm quan hệ sau khi tính toán như sau: Rz =3,06377 – 0,00853526.V – 0,00176698.S + 71,8845.t – 0,272548. +6,53233.10-5.V.S – 0,357075.V.t + 0,00134262.V. – 0,0316131.S.t - 5,55995.10 -5 .S. +0,149278.t. (3.43) Hình 3. 1 Đồ thị ảnh hưởng của S và V tới Rz khi θ=140, t=0.1 (mm) Hình 3. 31 Đồ thị ảnh hưởng của t và V tới Rz khi θ=140, S=200(mm/ph) 14 Hình 3. 32 Đồ thị ảnh hưởng của và V tới Rz khi t=0.3(mm), S=600(mm/ph) Hình 3. 33 Đồ thị ảnh hưởng của S và t tới Rz khi θ=140, V=150 (m/ph) Hình 3. 34 Đồ thị ảnh hưởng của S và tới Rz khi t=0.1(mm), V=150 (m/ph) Hình 3. 35 Đồ thị ảnh hưởng của t và tới Rz khi V=150(m/ph), S=200 (mm/ph) Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến nhám bề mặt bằng phương pháp Taguchi cho kết quả như sau: ảnh hưởng của góc nghiêng dao là 54.1414%, lượng tiến dao là 31.2771%, chiều sâu cắt là 2.50518%, vận tốc cắt 4.8728% và nhiễu là 7.2034%. 3.6.4 Xác định mối quan hệ thực nghiệm giữa chế độ cắt và năng suất gia công Q khi gia công thép SKD11 Sử dụng phần mềm minitab hồi quy thực nghiệm quan hệ giữa (S, V, t,  ) và năng suất gia công Q. Với tập dữ liệu thu được hàm hồi quy có dạng hàm mũ cho độ chính xác dự đoán cao nhất. Hàm quan hệ sau khi tính toán như sau: Q= 1,09428.10 -3 .V 1.06568 .S 1.26202 .t 1.00954 .  -0.861357 (3.62) Hình 3. 40 Đồ thị ảnh hưởng của S và V tới Q Hình 3. 41Đồ thị ảnh hưởng của t và V tới Q 15 khi θ=140, t=0.1(mm) khi θ=140, S=200(mm/ph) Hình 3. 42 Đồ thị ảnh hưởng của và V tới Q khi S=200(mm/ph), t=0.1(mm) Hình 3.43 Đồ thị ảnh hưởng của S và t tới Q khi V=150(m/ph), θ=140 Hình 3. 44 Đồ thị ảnh hưởng của S và tới Q khi V=150(m/ph), t=0.1(mm) Hình 3. 45 Đồ thị ảnh hưởng của t và tới Q khi V=150(m/ph), S=200(mm/ph) Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến năng suất gia công bằng phương pháp Taguchi cho kết quả như sau: ảnh hưởng của góc nghiêng dao là 32.6355%, lượng tiến dao là 36.61747%, chiều sâu cắt là 26.2674%, vận tốc cắt 3.32819% và nhiễu là 1.1513%. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 1. Nghiên cứu, xây dựng qui hoạch thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi. 2. Phân tích thực nghiệm và thực hiện thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi. 3. Xác định được phương trình toán học thể hiện mối quan hệ thực nghiệm giữa góc nghiêng trục dao (), vận tốc cắt (V), chiều sâu cắt (t), lượng tiến dao (S) với lực cắt (F), chiều cao mòn dao (hs), nhám bề mặt (Rz) năng suất gia công (Q): - F = 28,49 – 0,0368669.V – 0,0047209.S + 315,382.t – 1,19425. + 0.000246017.V.S – 1,54882.V.t + 0,00572035.V. – 0,135744.S.t – 0,000184129.S. + 0,79007.t . - hs = 2,321.10 -6 .V 2.38496 .S 0.285157 .T 0.589862 .-0.191772 16 - Rz =3,06377 – 0,00853526.V – 0,00176698.S + 71,8845.t – 0,272548. +6,53233.10-5.V.S – 0,357075.V.t + 0,00134262.V. – 0,0316131.S.t - 5,55995.10-5.S. +0,149278.t. - Q= 1,09428.10-3.V1.06568.S1.26202.t1.00954. -0.861357 Các hàm quan hệ toán học này đều phi tuyến và đơn điệu. 4. Bằng phương pháp Taguchi đánh giá mức tác động ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao (), vận tốc cắt (V), chiều sâu cắt (t), lượng tiến dao (S) tới: - Lực cắt (F): ảnh hưởng của góc nghiêng dao là lớn nhất 47.0594%, thứ hai là lượng tiến dao 25.0815%, chiều sâu cắt 15.7163% và vận tốc cắt 4.4072%. - Chiều cao mòn dao (hs): ảnh hưởng của thời gian cắt là lớn nhất 59.9725%, thứ hai là vận tốc cắt 20.1988%, tiếp theo là lượng tiến dao 8.1724% và góc nghiêng dao 7.4695%. - Nhám bề mặt (Rz): ảnh hưởng của góc nghiêng trục là lớn nhất 54.1414%, thứ hai là lượng tiến dao 31.2771%, tiếp theo là vận tốc cắt 4.8728% và chiều sâu cắt 2.50518%. - Năng suất gia công (Q): ảnh hưởng của lượng tiến dao là lớn nhất 36.61747%, thứ hai là góc nghiêng trục dao 32.6355%, chiều sâu cắt 26.2674% và vận tốc cắt 3.32819%. CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO ĐỂ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TỐI ƢU KHI PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG BẰNG DAO PHAY CẦU 4.1 Xây dựng bài toán tối ƣu khi phay trên trung tâm gia công 4.1.1 Xác định hàm mục tiêu Trong luận án các hàm mục tiêu bao gồm hàm mục tiêu về năng suất gia công và nhám bề mặt gia công: 3 1.06568 1.26202 1.0094 0.861357 1 2 3 4 ( ) 1,09.10 . . . .Q x X X X X  (4.4) 17 1 2 3 4 5 1 2 1 3 1 4 2 3 5 2 4 3 4 3,06377 – 0,00853526. – 0,00176698. 71,8845. – 0,272548. 6,53233.10 . . – 0,357075. . 0,00134262. . – 0,0316131. . 5,55995.10 . . 0,149278. . R ( )z X X X X X X X X X X X X X X X X x         (4.5) 4.1.2 Xác định hàm biên - Giới hạn về không gian chế độ cắt: g1= X1 -190 ≤ 0 (4.8) g2= -X1 + 150 ≤ 0 (4.9) g3= X2 -600 ≤ 0 (4.10) g4= -X2 + 200 ≤ 0 (4.11) g5=X3 -0,3 ≤ 0 (4.12) g6= -X3 + 0,1 ≤ 0 (4.13) g7=X4 -68 ≤ 0 (4.14) g8= -X4 + 14 ≤ 0 (4.15) Hàm biên giới hạn công suất cắt được viết dưới dạng: 1 9 ( ). 14 0 60.1020 F x X g    (4.19) Hàm giới hạn biên về mòn được biểu diễn : 4 2.38496 0.285157 0.191772 10 1 2 4( ) 0,17257.10 . . . 200 0g x X X X     (4.21) 4.1.3 Thành lập bài toán tối ưu đa mục tiêu khi phay trên trung tâm gia công Tìm trong không gian thông số chế độ cắt x=[X1,X2,X3,X4] T =[V,S,t,]T những bộ thông số công nghệ hợp lý để: (x) [ (x),R (x)] minzf Q   Với 10 điều kiện biên : g1, g2, g3, g4, g5, g6, g7, g8, g9, g10. 4.2 Giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu khi phay trên trung tâm gia công 4.2.1 Một số phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu a) Phương pháp tổng trọng số b) Phương pháp tổng trọng số chấp nhận được để tìm miền Pareto c) phương pháp sử dụng giải thuật PSO tìm miền tối ưu Pareto 18 4.2.2 Ứng dụng giải thuật PSO để xác định miền tối ưu Pareto khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục Đặt F1= Rz(x) và F2= -Q(x), bài toán tối ưu đặt ra là: Tìm trong không gian thông số chế độ cắt x=[X1,X2,X3,X4] T =[V,S,t,]T những bộ thông số công nghệ hợp lý để: 1 2(x) [F (x), (x)] minF F  với 10 điều kiện biên từ g1 đến g10 Hình 4. 1 Lưu đồ giải thuật PSO tìm miền Pareto 19 Bƣớc1:Tạo 3 quần thể - Quần thể 1 (QT1): Bỏ qua hàm mục tiêu F2, quần thể 1 gồm những cá thể tối ưu nhất của hàm mục tiêu F1 bằng cách sử dụng giải thuật PSO đơn mục tiêu cho hàm F1 sơ đồ giải thuật như hình 4.10 - Quần thể 2 (QT2): Bỏ qua hàm mục tiêu F1, quần thể 2 gồm những cá thể tối ưu nhất của hàm mục tiêu F2 bằng cách sử dụng giải thuật PSO cho hàm mục tiêu F2 sơ đồ giải thuật như hình 4.10. 20 Hình 4. 2 Sơ đồ khối giải thuật PSO tìm nghiệm tối ưu cho hàm đơn mục tiêu. - Quần thể 3 (QT3): Tạo quần thể ngẫu nhiên cho hàm F, với : 1 1 2 2w . w .F F F  (4.35) Trong đó: - w1,w2 là trọng số của các hàm mục tiêu : w1 = w2 = 0.5 - 2F , 1F là các hàm chuẩn hóa của hàm mục tiêu tương ứng với công thức: max max min F F F F F    (4.36) Bƣớc 2: Gộp 3 quần thể làm 1 quần thể duy nhất. - Không gán gbest của quần thể chung cho quần thể 1 hoặc quần thể 2 vì sẽ kéo theo cả quần thể bị dồn đến QT1 hoặc QT2 sẽ gây ra thiếu chính xác. Bƣớc 3: Sử dụng PSO để tối ưu quần thể trên: - Điều kiện cải tiến: + Pbest cũ := Pbest mới nếu đồng thời: { ( ) ( ( ) ( ) ( ) + Gbest cũ := Gbest mới nếu đồng thời: { ( ) ( ) ( ) ( ) Sau bước 3 sẽ thu được 1 miền gồm các cá thể tối ưu Bƣớc 4: So sánh một cá thể xi với cả miền tối ưu vừa tìm được ở bước 3. Nếu tồn tại một cá thể thỏa mãn điều kiện: { ( ) ( ) ( ) ( ) Thì điểm xi không thuộc biên Pareto. Các điểm còn lại không thỏa mãn điều kiện trên sẽ thuộc biên Pareto. 21 4.3 Xác định góc nghiêng trục dao và chế độ cắt tối ƣu khi phay trên trung tâm gia công 4.3.1 Sử dụng phần mềm viết trên Matlab xác định góc nghiêng trục dao và chế độ cắt tối ưu Sử dụng phần mềm Matlab để viết giải thuật PSO giải bài toán đa mục tiêu trên. Chương trình được viết để tìm giá trị nhỏ nhất của các hàm mục tiêu (Rz min, Q min) với các điều kiện biên. Yêu cầu trong bài toán này lại là tìm (Rz min, Q max) nên biến đổi tương đương tìm (Rz min, -Q min). Với thông số mạng: số lần lặp là 5000, số cá thể là 2000. Đưa vào chương trình chạy được kết quả như hình 4.12. Giới hạn Rz là tùy thuộc vào người làm công nghệ, Khi gia công phay tinh thì giá trị nhám mong muốn đạt cấp 8 tương đương với Rz=2.5 µm. Chọn điểm nào gần nhất với giá trị Rz=2.5 µm trên đồ thị thu được kết quả Qmax= 4.7044 (gam/phút); Rz=2.5184 (µm) với bộ thông số chế độ cắt trong bảng 4.1 Hình 4. 3 Đồ thị quan hệ giữa năng suất và độ nhấp nhô tế vi bề mặt Bảng 4. 1 Thông số chế độ cắt X1 X2 X3 X4 165.2375 599.3759 0.20592 61.8677 4.3.2 Kiểm nghiệm kết quả 22 Sử dụng bộ thông số công nghệ thu được từ kết quả tính toán, cắt thử nghiệm trở lại với các điều kiện về máy, dao và vật liệu như khi tiến hành lấy số liệu ban đầu. Thu được kết quả như sau: Bảng 4. 2 Kết quả thử nghiệm chế độ cắt thu được V (m/ph) S (mm/ph) t (mm)  (độ) Q (g/ph) ̅Z (µm) 165.2375 599.3759 0.20592 61.8677 5.0472 2.69 2.69 2.5184 .100% .100% 6.81% 2.5184 tt z tt z z R z R R R       (4.37) _ ZR : là kết quả đo giá trị n