1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài N y n y p y o t H Sp M ll n – HSM) l một tron n ữn ôn n ệ qu n trọn n đầu tron nền ôn n ệ ôn ện đạ . Do tín p ứ tạp ủ HSM o tớ n y vẫn òn rất n ều âu ỏ mở l ên qu n tớ lĩn vự n y. Cá đặ đ ểm kỹ t uật đặ tín bề mặt ất lượn sản p ẩm v ệu quả k n tế ó t ể đạt đượ t ôn qu quá trìn ôn o t . Ngày nay vớ tín ưu v ệt ủ mìn ôn n ệ ôn o t trên t ế ớ đ n p át tr ển rất mạn mẽ. Tuy n ên đ vớ V ệt Nam gia côn ot òn mớ mẻ n y ả đ vớ các ơ sở n ên ứu ũn n ư á do n n ệp. Do n u ầu ủ t ự tế một s ơ sở đã đầu tư tr n t ết bị ôn o t k á đắt t ền n ưn mứ độ t ếp n ận ôn n ệ ư đầy đủ k t á t ết bị ư ệu quả v tr ệt để. Đây l ơ sở v độn lự để tá ả ọn lĩn vự n ên ứu ôn ot vớ mụ t êu nân o ất lượn bề mặt t ết ôn v tăn tuổ bền ụn ụ ắt k p y o t . Tron ôn ot năn suất v ất lượn ôn p ụ t uộ v o rất n ều yếu t ản ưởn ủ á yếu t vật l ệu ụn ụ ắt v t ôn s ìn ọ ủ ụn ụ đã đượ ãn ế tạo ụn ụ ắt n ên ứu v ứn m n [38, 57]. Đ vớ một ệ t n ôn n ệ n ất địn t ì năn suất y ất lượn bề mặt p ụ t uộ ủ yếu v o t ôn s ế độ ắt đượ đặt. Vì vậy đ ều k ển á t ôn s ế độ ắt l p ươn p áp ơ bản v ệu quả để k ểm soát ất lượn ôn v nân o ệu quả sử ụn trang t ết bị. Đặ b ệt ơn nữ bề mặt t ết s u k ôn ot ó t ể đạt độ bón bề mặt tươn đươn vớ p ươn p áp ông m t ờ n đán bón bề mặt s u k ôn o t n ỏ ơn rất n ều so vớ p ươn p áp ôn truyền t n năn suất bó tá o ơn p ươn p áp ôn truyền t n [46]. Tuy vậy kéo t o đó ụn ụ ắt mòn n n ơn tron quá trìn ôn vì t độ ắt lớn. Do đó v ệ p ân tí v xây ựn mô ìn toán ọ ản ưởn ủ ế độ ắt đến ất lượn bề mặt v lượn mòn o từ đó xá địn ế độ ắt t ưu tron quá trìn ôn p y o t . Vớ sự p át tr ển k ôn n ừn ủ ứn ụn ôn n ệ t ôn t n v k o ọ máy tín tron sản xuất n ư: 1) Tí ợp á quá trìn : Cá máy ôn ụ ó t ể t ự ện n ều n ệm vụ v n ều trụ trên ùn một máy; 2) Dòn ữ l ệu ều: STEP-NC một uẩn ữ l ệu mớ đượ sử ụn o á máy ôn ụ để tr o đổ ữ l ệu ữ á ệ t n 2 CAD/CAM v máy ôn ụ; 3) Đ ều k ển t í n trong quá trình gia công ủ máy ôn ụ [53]; 4) Ứn ụn trí tuệ n ân tạo t uật toán t ến ó ) tron tín toán t ưu ó đặ b ệt tron lĩn vự ơ k í l xu ướn tất yếu v ần t ết. Đây ũn l một p ần rất qu n trọn tron v ệ xây ựn á ệ t n máy t ôn m n tự t í n tron quá trìn ia công, úp tăn năn suất v ất lượn sản p ẩm Máy ôn ụ tự t í n ó á ươn trìn máy tín vớ á đặ tín n ư: tự trị năn lự ợp tá k ả năn p ản ứn v tín ủ độn [4]). Từ n ữn p ân tí nêu trên tá ả ọn đề t “Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ khi phay cao tốc”, n ằm mụ đí xá địn ế độ ắt t ưu v tự t ưu ó S fl-Opt m z n ) ế độ ắt tron quá trìn p y o t , óp p ần khai thác ứn ụn ó ệu quả trang t ết bị ụn ụ p y o t p ụ vụ đ o tạo sản xuất v l m ơ sở o á n ên ứu t ếp t o. 2. Mục đích nghiên cứu - N ên ứu ơ sở lý t uyết độn lự ọ quá trìn p y o t . - Xây ựn đượ m qu n ệ ữ á t ôn s ế độ ắt vớ lự ắt n ám bề mặt run độn v mòn ụn ụ ắt. Xây ựn m qu n ệ ữ lượn mòn ụn ụ ắt vớ ế độ ắt v t ờ n ôn . - Xây ựn m mụ t êu t ưu ó t ết lập đ ều k ện r n buộ m ền ớ ạn đ vớ ệ t n ôn n ệ để ả b toán t ưu ó ế độ ắt k p y ot . - Xây ựn p ần mềm tín toán ế độ ắt t ưu v tự t ưu ó S lf Opt m z n ) ế độ ắt tron quá trìn ôn k xét đến mòn ụn ụ cắt v độ n ám bề mặt ự trên t uật toán t ưu ó bầy đ n P rt l Swarm Optimization (PSO)). 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu ủ luận án l quá trìn ôn b ên ạn k p y o t bằn o p y n ón l ền k vật l ệu công thép C45 trên máy p y o t Super MC500. Phạm vi nghiên cứu: N ên ứu xây ựn qu n ệ toán ọ ữ á t ôn s ế độ ắt vớ á đạ lượn trong quá trình p y o t lự ắt mòn o run độn v ất lượn độ n ám bề mặt) . Trên ơ sở m toán ọ đó, xá địn ế độ ắt t ưu để đạt đượ độ n ám bề mặt v lượn mòn o n ỏ n ất trong quá trình gia công thông qua hàm thích n mụ t êu. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Kết ợp n ên ứu lý t uyết vớ t ự n ệm. 3 5. Những đóng góp mới - Ứn ụn p ươn p áp p ân tí p ươn s ANOVA) trên p ần mềm Ex l để xây ựn mô ìn toán ọ ản ưởn t ôn s ế độ ắt đến á yếu t lự ắt run độn mòn o v độ n ám bề mặt) tron phay o t bằn o p y n ón l ền k . - N ên ứu v ứn ụn ả t uật t ưu ó bầy đ n PSO) v o phay o t để xá địn ế độ ắt t ưu đảm bảo đượ độ n ám bề mặt v tự t ưu ó S lf - Opt m z n ) ế độ ắt tron quá trìn ôn theo mt í n về lượn mòn o v độ n ám bề mặt. - Xây ựn đượ p ần mềm t ưu ó v tự t ưu ó S lf Opt m z n ) ế độ ắt bằn p ần mềm M tl b p ụ vụ tron n ên ứu v sản xuất. 6. Cấu trúc của luận án Gồm: Phần mở đầu; Chương 1: Tổn qu n về p y o t ; Chương 2: Cá t ôn s đặ trưn k p y o t bằn o p y n ón l ền k ; Chương 3: N ên ứu t ự n ệm v xây ựn mô ìn toán ọ quá trìn p y o t ;Chương 4: Ứn ụn t uật toán t ến ó để t ưu ó v tự t ưu ó quá trìn p y o t ; Kết luận và kiến nghị những hướng nghiên cứu tiếp theo 7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Đã xây ựn đượ một s mô ìn toán ọ k phay thép C45 bằn o p y n ón l ền k trên máy p y o t c HS Super MC500. Xây ựn v ả t n ôn b toán t ưu ó v tự t ưu ó ế độ ắt trong quá trình gia công. Ý nghĩa thực tiễn: Xây ựn p ần mềm v ết bằn M tl b vớ ứ năn xá địn ế độ ắt t ưu vớ m mụ t êu độ n ám bề mặt n ỏ n ất v xá địn đượ t độ ắt v lượn ạy o t í n t o m thích nghi mòn dao v độ n m bề mặt. Đây l ôn ụ ỗ trợ o n ôn n ệ k ểm soát đượ ất lượn ôn độ n ám) n to n ụn ụ tuổ t ọ) lự ọn ế độ ắt t ưu p ù ợp vớ ưu t ên mụ t êu n o và l ơ sở b n đầu o t ưu ó đ ều k ển t í n quá trìn p y o t . CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CAO TỐC 1.1 Lịch sử và khái niệm về gia công cao tốc K á n ệm đầu t ên về HSM đượ đư r bở C rl S lomon v o năm 1931. Ôn o rằn k t độ ắt đạt 5-10 lần t độ ắt truyền t ồn t ì n ệt độ ủ p o sẽ ảm [17]. 4 Một k á n ệm k á về ôn o t l ự v o tỉ lệ ủ ôn suất vớ t độ n n n ất ủ trụ ín Hp/ vòn /p út. Vớ máy ôn ụ t ôn t ườn t ườn ó tỉ lệ Hp/ vòn /p út lớn ơn máy ôn ụ ắt o t . T o t êu uẩn n y n ớ p ân á ữ ôn t ôn t ườn v ôn o t l k oản 0.005 Hp/ vòn /p út. Do vậy ôn o t b o ồm á trụ ín ôn suất từ 50Hp ó t ể qu y ở 10.000 vòn /p út 0.005 Hp/vòn /p út) v trụ ín ôn suất 15Hp ó t ể đạt tớ 30.000 vòn /p út 0.0005 Hp/vòng/phút). 1.2 Dụng cụ cắt sử dụng trong gia công cao tốc Dụn ụ ắt tron ôn o t vớ yêu ầu về t độ ắt o ụn ụ ắt p ả đảm bảo độ ứn vữn ổn địn k ả năn n m mòn o ấu trú t n t ể bền ứn …Đề đáp ứn đượ yêu ầu trong gia công cao t t ườn sử ụn ụn ụ lớp p ủ CBN PCBN PCD T CN T N TiAlN… 1.3 Sự hình thành phoi trong quá trình gia công Vớ n ều t í n ệm trên ợp k m n ôm vớ n ều vận t ắt k á n u từ 20÷260 m/s). R z Yous f và Yoshio Ichida đã ỉ r rằn bề n o p o t y đổ từ p o ây đến ả bị n u k tăn vận t ắt[50]. Tá ả S.Dol ns k S.Ek nov J.Kop t ự n ệm trên t ép ứn tron ôn ot v ôn t ôn t ườn ìn 1.11 về sự ìn t n p o tron quá trình gia công. 1.4 Lực cắt và nhiệt cắt trong quá trình gia công cao tốc Đầu t ên lự ắt sẽ tăn k tăn vận t ắt n ưn đến một vận t đủ lớn nó sẽ bắt đầu ảm k t t ếp tụ tăn vận t ắt. Một tron n ữn lý do lự ắt o tạ vận t ắt t ấp l o quá trìn ìn t n lẹo o òn k ắt t độ o t ì lự ắt ảm so vớ ắt t độ t ấp o kí ỡ ủ lẹo o ảm đ v o sự ó mềm ủ vật l ệu ôn ... K tăn t độ ắt tổn n ệt lượn ũn tăn ần n ư tỉ lệ trự t ếp vớ v ệ tăn t độ bó tá p o v ườn độ m sát ủ p o lên ụn ụ o t ấy n ệt tron 5 vùn ắt khi ôn ot o ơn n ều lần so vớ ôn truyền t n . 1.5 Ảnh hƣởng độ ổn định của máy trong quá trình gia công cao tốc Ản ưởn ủ máy đến độ ổn địn tron quá trìn ôn ot đều quy về độ mềm ẻo độn lự ọ ủ máy. Độ mềm ẻo k ôn p ả l ằn s m l đạ lượn p ụ t uộ v o n ều yếu t k á n u: Ản ưởn ủ món máy v đ ều k ển lắp đặt ản ưởn m lắp ép ủ á bộ p ận máy ản ưởn n ệt độ l m v ệ ủ máy. V ệ p ân tí á yếu t ản ưởn đến run độn v mất ổn địn ủ máy tron quá trìn ôn l ần t ết tron tín toán t ưu ó v đ ều k ển t í nghi. 1.6 Yêu cầu thiết bị cho gia công cao tốc Để t ự ện đượ ôn ot t ì ệt n o v máy ũn ó n ữn yêu ầu đặ b ệt, nó đượ t ết kế ế tạo riêng: ấu trú máy v trụ ín p ả ó độ ứn vữn o độ ổn địn n ệt o bộ đ ều k ển p ả ó k ả năn xử lý n n ... 1.7 Đặc điểm và ứng dụng của gia công cao tốc So vớ ôn truyền t n t ì ôn ot ó n ữn ưu đ ểm nổ bật. Nó ó t ể l m ảm t ờ n ôn v ảm đến 50% p í ôn tùy trườn ợp [47]. N ượ đ ểm ủ ôn o t l : Dụn ụ ắt mòn n n p đầu tư máy tr n bị ôn n ệ đắt t ền...Gia ôn o t ứn ụn tron n n n k ôn độn ơ máy tín t ết bị y tế k uôn mẫu t ết máy ó độ ín xá o vật l ệu ó độ ứn o t ết ó t n mỏn ... 1.8 Tổng quan về gia công cao tốc  N ên ứu ủ tá ả nướ n o Tá ả S. Z n & J. F. L & J. Sun & F. J n n ên ứu ự đoán mòn ụn ụ v lự ắt t y đổ k p y o t sử ụn o p y n ón răn ắp 2 lưỡ ắt) đườn kín ụn ụ D=25mm để ôn b ên ạn vật l êu ợp k m T -6Al-4V k ôn sử ụn un ị trơn n uộ . Qu đó p ân tí b ến t ên lự ắt v mòn o k ôn o t . N ên ứu ủ tá ả l ơ sở lý luận qu n trọn để n ên ứu ản ưởn t ôn s ế độ ắt tớ lự ắt v mòn ụn ụ ắt[55]. Tá ả V V K L ks m Dr K V nk t Subb n ên ứu mô ìn ó v t ưu ó độ n ám bề mặt v năn suất ắt k ôn t ép ứn bằn op y n ón l ền k D=8mm. Đây l n ên ứu qu n trọn tron gia công thép ứn để o n t ện ơn b toán ôn n ệ tá ả ần n ên ứu đến ản 6 ưởn ủ mòn o run độn tron quá trìn ôn để b toán o kết quả t ưu vớ ệ t n ôn n ệ ụ t ể t ến tớ đ ều k ển t í n trong quá trình gia công[62]. Tá ả Om r E. E. K. M. H. Om r đã n ên ứu xá địn ệ s lự ắt v đán á tron quá trìn ôn p y o t sử ụn op y n ón D=10mm. Trên ơ sở đó tá ả đã t ự n ệm đán á xá địn tần s r ên ủ ệ ụn ụ ắt đồ á tron ệ t n ôn v ản ưởn ủ độ đảo ụn ụ ắt đến run độn tron quá trình gia công. Đây l ơ sở để đ ều ỉn ệu ỉn t ôn s ôn n ệ đảm bảo k ôn mất ổn địn tron quá trìn ôn . L ơ sở để n ên ứu t ôn s ế độ ắt ản ưởn đến run độn tron quá trìn ôn tron tươn l [16]. Tá ả S b u n Ek nov ć đã k ảo sát n ữn ưu đ ểm về độ ín xá v ất lượn bề mặt k ôn o t . Qu n ên ứu o t ấy y ất lượn bề mặt p ươn p áp ôn o t t t ơn n ều so vớ p ươn p áp ôn truyền t n [48].  N ên ứu ủ tá ả tron nướ . Tron nướ đã ó một s b báo nêu vấn đề n ên ứu ôn o t . Tuy vậy lĩn vự ôn p y o t ư n ều ó đề t t ến sĩ ủ tá ả TS. P n Văn H ếu n ên ứu “Xá địn m ền ổn địn k ôn trên máy CNC b trụ t độ o” tìm r b ểu đồ qu n ệ ều sâu ắt v t độ trụ ín m ền ổn địn k p y). Tuy vậy vấn đề n ên ứu ế độ ắt t ưu để đảm bảo ất lượn v t uộ m ền ổn địn k ôn tá ả ư đề ập đến. Luận án t ến sĩ ủ tá ả TS. N uyễn Trọn H ếu đã n ên ứu tạ Trườn đạ ọ M bur ủ Đứ đề t “Mô ìn ó p y o t vớ o p y ỏm ầu vớ sự n ấn mạn đặ b ệt ất lượn bề mặt” đề t n ên ứu k ảo sát quá trìn p y vật l ệu ó độ ứn k á n u v xây ựn mô ìn toán ọ ản ưởn t ôn s ế độ ắt đến độ n ám bề mặt lự ắt mòn o v ản độ ứn vật l ệu tớ độ n ám bề mặt trên ơ sở đó xây ựn p ần mềm t ưu ó ế độ ắt để đạt đượ ất lượn độ n ám bề mặt t t n ất. Hơn nữ đ vớ ôn o t t ì á ãn ế tạo ụn ụ ắt S o S n v k...t o J bro về ôn o t đã n ên ứu v đư r p ươn p áp ắt đ ều k ện ắt k p y o t k á vớ p ươn p áp p y truyền t n op y n ón l ền k [57]. 1.9 Giới hạn vấn đề nghiên cứu Xuất p át từ đ ều k ện n ên ứu ện n y và xu ướn p át tr ển trong t ờ n tớ m mô ìn n ên ứu đượ t ự ện tron đ ều k ện ụ t ể s u: 7 - Máy p y o t 3 trụ : HS Sup r MC500 t độ qu y trụ ín : 100÷30000(v/phút) t độ ị uyển ủ b n máy ắt ọt: 1÷30000(mm/phút) t độ ạy k ôn lớn n ất: 48000 mm/phút). Hành trìn ị uyển ủ b n máy: XxYxZ=500x400x300 mm). - Vật l ệu ôn t ép C45. - Dụn ụ ắt: D o p y n ón l ền k đườn kín o D) = đườn kín uô = 20 mm; s lưỡ ắt : 4; Lớp p ủ Cooltop T AlN - Titan Nhôm Nito); gó n ên H l x : 35 độ. - Dun ị trơn n uộ Emux Tron k uôn k ổ ủ luận án o đ ều k ện t ết bị k n p í v t ờ n ó ạn o nên vấn đề n ên ứu đượ ớ ạn l n ên ứu ản ưởn ủ t ôn s ế độ ắt vận t ắt-v lượn ạy o-f ều sâu ắt -ar) đến á t ôn s đặ trưn : Lự ắt độ n ám bề mặt run độn v mòn o. V ản ưởn ủ ế độ ắt v t ờ n ôn - đến mòn dao trong quá trình gia công. 1.10 Kết luận ươn 1 V ệ p ân tí tổn qu n á t ôn s ôn n ệ và mức độ ảnh hƣởng của các thông số trong quá trình gia công o t l ần t ết. Đặ b ệt l á t ôn s ế độ ắt ản ưởn tớ độ n ám bề mặt lự ắt run độn v mòn o l các thông số đặc trƣng cơ bản nhất khi phay cao tốc bằng dao phay ngón liền khối. Vớ sự p át tr ển n y n mạn về mặt ôn n ệ ôn ot v đò ỏ n y n k ắt k về ất lượn độ ín xá v k ả năn k t á tr ệt để ệu quả tr n t ết bị ôn n ệ tron lĩn vự ôn o t đặ b ệt đ vớ V ệt N m. Đ ều n y t ô t ú tá ả t ự ện đề t “ Nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số công nghệ khi phay cao tốc” vớ á nộ un ín s u đây: - N ên ứu p ân tí ơ sở lý t uyết á t ôn s đặ trưn k p y o t bằn o p y n ón l ền k ; - N ên ứu t ự n ệm v xây ựn mô ìn toán ọ ản ưởn ủ t ôn s ế độ ắt đến á t ôn s đặ trưn ơ bản ủ quá trìn p y o t ; - N ên ứu ứn ụn t uật toán t ến ó ả b toán t ưu ó v tự t ưu ế độ ắt tron quá trìn p y o t . CHƯƠNG 2 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG KHI PHAY CAO TỐC BẰNG DAO PHAY NGÓN LIỀN KHỐI 2.1 Lực cắt khi phay 8 2.1.1 Giới thiệu Sơ đồ p ân tí ản ưởn độn lự ọ máy v độn lự ọ ôn tron ệ t n công n ệ hình 2.1. Sơ đồ mô ìn quá trìn ôn đượ sử ụn n ên ứu vớ t ôn s đầu v o v đán á t ôn s đầu r ìn 2.4[29]. Hệ thống công nghệ Hình 2.1 Ảnh hưởng động lực học máy và động lực gia công trên hệ thống gia công [28] Hình 2.4 Sơ đồ mô hình các thông số nghiên cứu Hình 2.5 Biểu đồ xương cá các yếu tố ảnh hưởng độ nhám bề mặt chi tiết gia công Cá yếu t v ện tượn ản ưởn đến độ n ám bề mặt t ết tron quá trìn ôn . Trong quá trình gia công có rất n ều t ôn s ản ưởn tớ lự ắt n ư b ểu đồ xươn á hình 2.6. 2.1.2 Phân tích lực cắt trong quá trình phay Hình 2.6 Biểu đồ xương cá các yếu tố ảnh hưởng đến lực Cá t n p ần n n t o p ươn lượn ạy o) lự p áp tuyến v t n p ần lự ọ trụ tá độn lên o p y đượ bắt n uồn từ sơ đồ ân bằn lự xá địn đượ p ươn trìn lự ắt n ư s u: F x( )   F t cos   F r sin    F y ( )   F t s in  F r cos    F z ( )   F a  9 Cần lưu ý rằn á lự ắt ỉ xuất ện k ụn ụ ắt đ n tron vùn ắt ó n ĩ l F x( ), F y( ), F z( )  0khi st     ex , st và ex l ó ăn o và góc thoát dao. 2.1.3 Phân tích lực trên lưỡi cắt của dao phay ngón Tron quá trìn ôn bằn o p y n ón l ền k tả trọn tá độn có u kỳ ây r ứn suất t o u kỳ ơ ọ v n ệt tá ụn lên o ắt ẫn đến tuổ t ọ ủ o ắt ảm. Cá loạ o p y n ón lưỡ ắt xoắn đượ sử ụn để l m ảm sự t y đổ đột n ột á t n p ần run độn ủ lự ắt v đượ sử ụn k ều sâu ắt lớn n ưn ều rộn ắt n ỏ. C ứ năn ín ủ ún l p y đườn b o để đạt đượ ất lượn bề mặt đườn b o. Sự xoắn ủ răn ắt l m tăn ần ần lự ọ t o đườn rãn xoắn ủ o p y n ón [63]. 2.1.4 Phân tích mô hình lực cắt dao phay ngón Trên ơ sở p ân tí mô ìn lự ắt o p y n ón khi gia công rãnh ụn ụ ắt ó v o o l  và góc thoát dao  ta có lự ắt trun bìn trên mỗ bướ răn tín n ư s u: ̅ ̅ ̅ } Tron đó: Krc, Ktc, Kac: ệ s lự ắt t o p ươn p áp tuyến t ếp tuyến v ọ trụ ; N: S lưỡ ắt; p: C ều sâu ắt t o p ươn ọ trụ . 2.2 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công Độ n ám bề mặt l một tron n ữn ỉ t êu kỹ t uật qu n trọn ủ ất lượn bề mặt m k á n yêu ầu tron quá trìn ôn sản p ẩm. Tron quá trìn ôn đặ b ệt đ vớ ôn ot á n ôn n ệ luôn mon mu n đ ều k ển ế độ ắt T độ trụ ín lượn ạy o ều sâu ắt…) để đạt đượ độ n ám bề mặt t t n ất. 2.3 Rung động Tron quá trìn ôn t n ất. ều sâu ắt…) qu n trọn ủ ất lượn bề mặt m k á n yêu ầu tron quá trìn ôn sản p ẩm. Tron quá trìn ôn đặ b ệt đ vớ ôn o t á n run độn ủ lự ắt v đượ sử ụn k tượn run độn rất phrong quá trìn ôn n tron quá trìn ôn : lr ôn đn pb lượn bề mặt m k á n yêu ầu tron quá trìn ôn sản p ẩm. Tron quá 10 trìn run đquá trìn ôn n tron quá trìn ôn : lrb n : lr côh ưun đquá trìn ôn thì quá trình cgia công cg cn trong quá trìn ôn : lr ôn : lrb lư lr Tron su t quá trìn bó tá vật l ệu ụn ụ ắt ịu tá độn bở t n p ần lự ắt tứ t ờ t o p ươn t ếp tuyến Ft t o p ươn p áp tuyến Fr, t o p ươn ọ trụ Fa ệ t n lự ắt o p y n ón k p y b ên ạn ). Xét tạ một đ ểm t ếp xú ữ ụn ụ ắt v p ô ó b t n p ần lự tá ụn lên ụn ụ ắt Lự ắt t o p ươn x: Fx lự ắt t o p ươn y: Fy t o p ươn z: Fz) trong hệ tọ độ Descartes OXYZ đượ xá địn n ư ìn 2.20 P ươn trìn độn lự ̈( ) ̈( ) ọ N wton ̇( ) ̇( ) o ệ ( ) ( ) bậ tự o ( ( ) } ) Tron đó: T là chu kỳ răn ắt của dụng cụ( ); : vận t ó qu y ủ trụ ín ; N: S răn ắt ủ ụn ụ; mx, my l k lượn ủ ệ k: độ ứn ủ lò xo N.m) x, cy: ệ s ảm ấn t ự tế N.s/m). 11 Qu quá trìn tìm ểu n uyên n ân v p ân tí run độn tron quá trình gia công ph y o t bằn o p y n ón. Mô ìn ó sơ đồ k m truyền để mô p ỏn run độn tron quá trìn ôn n ư ìn 2.23. 2.4 Mòn dụng cụ cắt K vật t ể t ếp xú ó uyển độn tươn đ vớ n u ả sẽ bị m mòn. Độ mòn ủ mỗ vật t ể p ụ t uộ v o bản ất ủ vật đó t độ uyển độn đ ều k ện t ếp xú tả trọn ệ s m sát) mô trườn t ếp xú ất bô trơn). Tron quá trìn ôn ụn ụ ắt bị m mòn ả mặt trướ v mặt s u mặt trướ t ếp xú vớ p o mặt s u t ếp xú vớ bề mặt t ết ôn ). Để ó t ể t ết lập đượ m qu n ệ t y đổ ó quy luật ủ sự m mòn ần p ả n ên ứu ơ ế m mòn: M mòn o ảy ính, mài mòn do o xướ mòn k uyế tán mòn hóa ọ mòn o n ệt. Tuy vậy tron qúa trìn ôn p y á k ểu mòn ín ủ o p y n ón t o t êu uẩn ISO 8688[23] l : Mòn t o mặt s u đặ trưn lượn mòn mặt s u VB mòn t o mặt trướ mòn đồn t ờ mặt trướ v mặt s u mòn tù lưỡ ắt. Qua á n ên ứu o t ấy lượn ạy o n tăn tuổ bền ụn ụ ắt n n ỏ y mòn n lớn. Tuy vậy đườn ản ưởn k ôn p ả tăn tuyến tín vẫn ó á trị o tuổ bền ụn ụ ắt o n ất. Để xá địn t ôn s ế độ ắt t ưu tuổ bền ụn ụ tăn đ ều n y tùy t uộ v o đ ều k ện ôn vật l ệu ôn ụ t ể… m á trị n y k á n u tươn tự o t ấy t độ ắt n tăn mòn ụn ụ ắt n tăn òn đ vớ ều sâu ắt mứ độ ản ưởn k ôn mạn n ư t độ ắt v lượn ạy o. Tuy n ên nếu ều sâu ắt quá lớn ẫn đến run độn tron quá trìn ắt tăn lên o đó độ n ám 12 bề mặt tăn o ễ vỡ v mòn n n . N ượ lạ ều sâu ắt quá n ỏ sẽ l m o o bị trượt trên bề mặt ôn v xảy r ện tượn ắt k ôn l ên tụ o đó lạ l m tăn độ n ám bề mặt. 2.5 Kết luận chƣơng 2 P ân tí á mô ìn tron quá trìn p y o t o t ấy ế độ ắt ản ưởn rất lớn đến lự ắt độ n ám bề mặt mòn ụn ụ ắt v run độn tron quá trìn p y. N ên ứu v p ân tí t ôn s ơ bản đặ trưn ủ độn lự ọ ôn k sử ụn o p y n ón l ền k răn xoắn tron p y o t l m ơ sở o v ệ k ảo sát v xây ựn m qu n ệ toán ọ ữ á t ôn s ôn n ệ vớ lự ắt n ám bề mặt run độn v mòn o. Trên ơ sở p ân tí v t ự n ệm t n kê n ằm mụ đí đán á mô ìn tron p y o t vì mô ìn lý t uyết v t ự n ệm k á n u. Lý t uyết t ền đề v l t ôn t n t ên n ệm o n ên ứu t ự n ệm v xây ựn mô ìn toán ọ ản ưởn ế độ ắt đến các thông s đặ trưn tron quá trìn ôn lự ắt run độn n ám bề mặt v mòn dao). Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH TOÁN HỌC QUÁ TRÌNH PHAY CAO TỐC 3.1 Mô hình thực nghiệm 3.1.1 Phân tích và thiết kế mô hình thực nghiệm 3.1.2 Thiết bị và thông số kỹ thuật của thực nghiệm a) Máy phay CNC cao tốc HS Sup r MC500 t độ qu y trụ ín : 100÷30000 v/phút). 13 b) Phôi thực nghiệm P ô t í n ệm vật l ệu t ép C45 ó kí 150x100x60mm. t ướ 70x70x40mm v Hình 3.5 Hình ảnh phôi thực nghiệm c) Dụng cụ cắt thực nghiệm Đườn kín o D) = đườn kín uô = 20 mm. S lưỡ ắt : 4. C ều đoạn l m v ệ t đ o p ép : 15 mm. Tổn ều : 62 mm. Lớp p ủ Cooltop T AlN - Titan Nhôm Nito). d) Đồ gá Đồ á sử ụn tron t í n ệm k t ết kế đảm bảo á đặt đạt đượ độ ứn vữn tron quá trìn ắt hình 3.7. e) Thiết bị đo lực cắt T ết bị đo lự ắt 3 t n p ần ủ ãn Kisler- T ụy Sỹ sử ụn ảm b ến đo lự Hình 3.7 Bản vẽ lắp và phân rã 9257B-Kisler hình 3.8. 3D của đồ gá thí nghiệm f) Thiết bị đo rung động Mô đun t u t ập ữ l ệu LAN-XI ó 4 đầu v o v 2 đầu r tần s tớ 51 2 kHz ủ ãn Bru l&Kj r Đ n mạ . Mô đun p ân tí PULSE FFT 7770, 1-3 kênh, PULSE FFT An lys s ủ ãn Bru l&Kj r Đ n Mạ g) Thiết bị đo độ nhám T ết bị đo ều o n ấp n ô tế v bề Hình 3.8 Thiết bị đo lực cắt mặt t ết ôn sử ụn t ết bị đo độ n ám bề mặt uyên ùn SV-2100 ủ M tutoyo ủ N ật Bản tạ Trun tâm V ệt N ật- Trườn Đạ ọ ôn n ệp H Nộ h) Thiết bị đo mòn dao T ết bị đo Prof l proj t r V12B- NIKON DIGITAL PROTRACTOR độ p ón đạ 100 lần độ ín xá 0.001mm ó t ể xo y á ó độ k á n u. T ết bị đo tạ trun tâm H UI-Fox onn trườn ĐHCN H Nộ ). 3.1.3 Thí nghiệm và phân tích xử lý kết quả 14 Xá địn t ôn s đầu v o tron t ự n k D=20mm s răn o=4. ệm vớ o p y n ón l ền 3.2 Kết quả đo thực nghiệm và xử lý kết quả Mụ đí ủ t í n ệm đán á mứ độ ản ưởn ủ ế độ ắt đến lự ắt độ n ám bề mặt run độn v mòn o tron quá trìn công phay cao t b ên ạn bằn o p y n ón l ền k . V xá địn m toán ọ ản ưởn á t n ế độ ắt tớ lự ắt (Fx, y, z) độ n ám bề mặt Ra) b ên độ run độn A) lượn mòn mặt s u VB). Hàm toán ọ qu n ệ ữ t ôn s đầu r vớ t ôn s ản ưởn ín v ễ k ểm soát l ế độ ắt. Lự ắt tron quá trìn ôn ó ạn : F=f v f, ar) b ên độ run độn ó ạn : A=f v f, ar) độ n ám bề mặt ôn ó ạn : Ra= f(v, f, ar) lượn mòn mặt s u ụn ụ ắt ó ạn : VB=f v f r), VB=f(v, f, ar, ). 3.2.1 Thực nghiệm đo kết quả lực cắt và xây dựng mô hình toán học lực cắt phụ thuộc vào chế độ cắt khi phay cao tốc. Mô ìn toán ọ lự ắt k ôn o p y n ón k ôn p y o t tron ớ ạn ủ á t ôn s ũn n ư á p ươn p áp ôn truyền t n đượ m êu tả un đã đượ p ân tí ở ươn 2 ó ạn p tuyến n ư s u: Fx=C1.vk1.fl1.arm1, Fy=C2.vk2.fl2.arm2, Fz=C3.vk3.fl3.arm3 Tron đó: Fx, Fy, Fz: lự ắt tươn ứn t o á p ươn X Y Z; v: t độ ắt m/ph) f: lượn ạy o mm/ph), ar: ều sâu ắt t o p ươn ướn kín mm). C1, k1, l1, m1, C2, k2, l2, m2,C3, k3, l3, m3 : ệ s đượ xá địn tron quá trìn t ự n ệm. Để xá địn ằn s v s mũ ủ p ươn trìn mô ìn toán ọ n y đượ tuyến tín ó bằn m lo r t v p ươn trìn đượ v ết lạ n ư s u: lnFx  ln C1  k1.ln v  l1 ln f  m1.ln ar ; lnFy  ln C2  k2 .ln v  l2 ln f  m2 .ln ar lnFz  ln C3  k3.ln v  l3 ln f  m3.ln ar 15 V mô ìn tuyến tín ủ p ươn trìn ó ạn n ư s u: y1=b01 +b11.x1 +b21.x2 + b31.x3 ;y2=b02 +b12.x1 +b22.x2 + b32.x3 y3=b03 +b13.x1 +b23.x2 + b33.x3 Ứng dụng Matlab và Excel sử dụn p ươn p áp p ân tí p ươn s ANOVA) tín toán v đán á m ồi quy thực nghiệm. Tron p ần t ự n ệm á á trị s tươn ứn o p ân tí l : y=7,4905-0,5533.x1+0,2389.x2+0,5340.x3 T o bản p ân tí ANOVA t ó: Tron trườn ợp n y tổn á bìn p ươn qu n trun bìn l ∑ ( ̅) và tổn á bìn p ươn " ả t í " bằn p ươn trìn ồ quy l ∑ ( ̂ ̅) òn lạ một tổn á bìn p ươn ô l ∑ ( ̂) . Do đó tỉ lệ ủ tổn b ến t ên ủ y quy cho mô hình là 3,30 / 3,32 = 0 9794 oặ 97,94%. Theo phân tích phươn s R Square=0,98 o t ấy m ồ quy t ự n ệm p ù ợp vớ t ự tế k ảo sát y m ó độ t n ậy o. K ểm địn t êu uẩn F t o p ần mềm tín toán bản 3.5 t ó F=543,5 á trị n y so sán ở mứ ý n ĩ =0 05 vớ p ần trăm 95 ủ p ân b F ó 3 v 7 bậ tự o tươn ứn . M á trị lý t uyết F0 95; 3; 7 = 4,35 t t ấy F > á trị lý t uyết F. H m lự ắt t o p ươn X Fx), p ươn Y Fy) v lự ắt t o p ươn Z Fz) p ụ t uộ v o v f, ar: Fx=1791.v-0,5533.f0,2389.ar0,5340; Fy=2163.v-0,5279.f0,2678 .ar0,5260 Fz=639.v-0,8292.f0,4368 .ar0,7617 16 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ các thông số v,f,ar với Fz Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ các thông số v,f,ar với Fx Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ các thông số v,f,ar với Fy 3.2.2 Thực nghiệm đo kết quả độ nhám bề mặt và xây dựng mô hình toán học nhám bề mặt phụ thuộc vào chế độ cắt khi phay cao tốc. Theo bảng phân tích ANOVA cho hàm hồi quy Ra ta có y=-1,9371- 0,3023.x1+0,3824.x2+0,0572.x3 Tươn tự n ư p ần về lự ắt o t ấy t o p ân tí p ươn s R Square=0,94 o t ấy m ồ quy t ự n ệm p ù ợp vớ t ự tế k ảo sát y m ó độ t n ậy o. K ểm địn t êu uẩn F t o p ần mềm tín toán bản 3.9 t ó F=5,12 á trị n y so sán ở mứ ý n ĩ =0 05 vớ 95% p ân b F ó 3 v 7 bậ tự o tươn ứn . M á trị lý t uyết F0 95; 3; 7 = 4 35 t t ấy F > á trị lý t uyết F. Vì vậy ó ơ sở để nó rằn ít n ất một tron á ệ s ồ quy từn p ần l k á 0 v o t ấy mứ ý n ĩ t ôn kê o. Ra=0,1441.v-0,30227.f0,3824.ar0,0572 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ các thông số v,f,ar với độ nhám bề mặt Ra Qu đồ t ị o t ấy t độ ắt v l yếu t ản ưởn lớn đến độ n ám bề mặt v vận t n lớn t ì độ n ám bề mặt n ảm mạn . C ều sâu ắt t o p ươn ướn kín r l yếu t ản ưởn vừ đến độ n ám bề mặt tron quá trìn ôn . Lượn ạy o ản ưởn tí ự đến độ n ám bề mặt. 17 3.2.3 Thực nghiệm đo kết quả rung động và xây dựng mô hình toán học rung động phụ thuộc vào chế độ cắt khi phay cao tốc. T o p ân tí p ươn s s n f n F=8,3614E-10[...]... CỨU TIẾP THEO 1 Nghiên cứu, phân tích thông s công nghệ ản ưởng tới sai s hình dáng, vị trívà khả năn b ến dạng khi gia công chi tiết thành mỏng Nghiên cứu ản ưởng của chế độ cắt khi phay cao t đến độ nhám 3D của bề mặt chi tiết gia công 2 Xây dựng mô hình nhiệt cắt… v mở rộng thông s đầu v o để quá trình nghiên cứu toàn diện ơn tron ôn o t c 3 Nghiên cứu ản ưởng thông s công nghệ đến topography và... toán tiến hóa để giải bài toán tối ƣu T ưu ó ế độ ắt l vấn đề t ưu ó á r n buộ vớ n u k ôn tuyến tín Vì vậy quá trìn t ưu ó k ó áp ụn á t uật toán truyền t n G ả p áp o vấn đề n y l ên qu n đến t độ tín toán v độ ín xá ủ kết quả Hình 4.5 Mô hình của một máy công cụ tự trị 4.3 Cơ sở tối ƣu hóa quá trình cắt gọt T ưu ó quá trìn ôn ắt ọt l p ươn p áp n ên ứu xá địn ế độ ắt t ưu t ôn qu m qu n ệ toán... gia công cao t c 4 Nghiên cứu xây dựng mô hình và ứng dụng kết hợp thuật toán mạn nơ ron nhân tạo (ANN) với thuật toán t ưu ó bầy đ n PSO) trên ơ sở thực nghiệm ản ưởng giữa các thông s : chế độ cắt độ nhám bề mặt, lượng mòn dao, lực cắt, rung độn v năn suất cắt để giải bài toán tự t i ưu ó ế độ cắt trong quá trình gia công và tiến tới giải bài toán t ưu ó đ ều khi n thông minh trong quá trình gia công. .. toán ọ ản ưởn t ôn s ế độ ắt đến b ên độ run độn A): Ax=1,316.v-0,0793.f0,0741 ar0,3469 Ay=1,57.v-0,0742.f0,1058.ar0,3606 - Mô ìn toán ọ ản ưởn ế độ ắt v t ờ n ôn đến lượn mòn mặt s u VB): VB=0,0174.v0,6205.f0,2409 ar0,0823.1,3876 Trên ơ sở mô ìn toán ọ xây ựn đ ều k ện r n buộ v m ền ớ ạn ả b toán t ưu ó ế độ ắt Chƣơng 4 ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN TIẾN HÓA ĐỂ TỐI ƢU HÓA VÀ TỰ TỐI ƢU QUÁ TRÌNH PHAY CAO TỐC... toán t ưu ó ế độ ắt k p y o t b ên ạn bằn o p y n ón l ền k vớ m mụ t êu độ n ám bề mặt n ỏ n ất vớ m r n buộ v m ền ớ ạn ủ b toán Ứn ụn t uật toán t ưu ó bầy đ n PSO) tron xây ựn t uật toán v v ết p ần mềm bằn M tl b để ả b toán t ưu 5 Đã đề xuất đượ mô ìn v ả b toán tự t ưu ó S flOpt m z n ) ế độ ắt tron quá trìn ôn vớ mt í n n ỏ n ất vớ mụ t êu độ n ám v lượn mòn o HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 1 Nghiên. .. o n ên ứu t ự n ệm v xây ựn mô ìn toán ọ ản ưởn ế độ ắt đến các thông s đặ trưn tron quá trìn ôn lự ắt run độn n ám bề mặt v mòn dao) Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH TOÁN HỌC QUÁ TRÌNH PHAY CAO TỐC 3.1 Mô hình thực nghiệm 3.1.1 Phân tích và thiết kế mô hình thực nghiệm 3.1.2 Thiết bị và thông số kỹ thuật của thực nghiệm a) Máy phay CNC cao tốc HS Sup r MC500 t độ qu y trụ ín... lự ọn đượ ả p áp ôn n ệ t i ưu đạt đượ ất lượn sản p ẩm năn suất o v á t n t ấp n ư hình 4.21 Tron trườn ợp luận ả sử xét b toán tự t ưu ế độ ắt vớ mứ độ ưu t ên mụ t êu độ n ám v lượn mòn n ư n u w1=w2 ta có hàm t í n n ư s u: án A  0,5 Hình 4.21 Mục tiêu tự tối ưu hóa trong gia công Ra VB  0,5 Ra0 VB0 T uật toán PSO ữ l ệu ế độ ắt b n đầu lự ọn ủ t uật toán l ế độ ắt t ưu tĩn v l á trị k ở tạo quần... Fz=639.v-0,8292.f0,4368 ar0,7617 16 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ các thông số v,f,ar với Fz Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ các thông số v,f,ar với Fx Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ các thông số v,f,ar với Fy 3.2.2 Thực nghiệm đo kết quả độ nhám bề mặt và xây dựng mô hình toán học nhám bề mặt phụ thuộc vào chế độ cắt khi phay cao tốc Theo bảng phân tích ANOVA cho hàm hồi quy Ra ta có y=-1,9371-... toán tối ƣu hóa Tá ả n ên ứu tín toán ế độ ắt t ưu đạt đượ độ n ám bề mặt n ỏ n ất và đảm bảo đ ều k ện b ên v đ ều k ện r n buộ ủ b toán Trên ơ sở kết quả ế độ ắt t ưu đượ tín l đầu v o ủ b toán tự t ưu ế độ ắt tron quá trìn ôn t o t ờ n t ỏ mãn mt í n mụ t êu l độ n m bề mặt v lượn mòn o n ở n ất H m mụ t êu t ưu ó ế độ ắt l : Y=Ra=0,1441.v-0,3023.f0,3824 ar0,0572 N ỏ n ất Đ ều k ện r n buộ ủ b toán... ưu Trong quá trình gia công các máy ôn ụ ữ v trò qu n trọn để ó đượ sản p ẩm ất lượn o vớ á t n sản xuất thấp v năn suất o Tuy n ên máy ôn ụ CNC ện tạ vớ ệ đ ều k ển o p ép ệu ỉn Hình 4.20 Hệ thống điều khi n tự tối ưu hóa ất lượn trự t ếp n y tron 22 quá trìn ôn o ấu trú đ ều k ển ủ nó n ư ìn 4.20 4.6.3 Xác định mục tiêu điều khi n tự tối ưu trong gia công Hệ t n đ ều k ển tự t ưu quá trìn ôn b o ồm ... độn [4]) Từ n ữn p ân tí nêu tá ả ọn đề t Nghiên cứu tối ưu hóa số thông số công nghệ phay cao tốc , n ằm mụ đí xá địn ế độ t ưu v tự t ưu ó S fl-Opt m z n ) ế độ tron trìn p y o t , óp p ần... lĩn vự ôn o t đặ b ệt đ vớ V ệt N m Đ ều n y t ô t ú tá ả t ự ện đề t “ Nghiên cứu tối ưu hóa số thông số công nghệ phay cao tốc vớ nộ un ín s u đây: - N ên ứu p ân tí sở lý t uyết t ôn s đặ trưn... cắt để giải toán tự t i ưu ó ế độ cắt trình gia công tiến tới giải toán t ưu ó đ ều khi n thông minh trình gia công Nghiên cứu kết n i hệ th n đ ều khi n để thực t ưu đ ều khi n thích nghi