Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt và chi phí điện năng riêng khi tiện Ren trên máy tiện CNC-NEF 400

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của một số yếu tố chủ yếu thuộc chế độ cắt đến các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của quá trình gia công ren trên máy tiện CNC – NEF 400. Kết quả đạt được làm cơ sở cho việc xác lập chế độ cắt tối ưu góp phần sử dụng máy tiện CNC hiệu quả nhất trong quá trình gia công.

CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng

Đồng Nai, ngày tháng năm 2017

Người cam đoan

Đỗ Đăng Khoa

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn này tôi luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện của các tổ chức, cá nhân; nhân dịp này tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới:

- TS Lê Văn Thái - Chủ nhiệm bộ môn Kỹ thuật cơ khí - Trường đại học lâm nghiệp là người hướng dẫn trực tiếp, đã dành nhiều thời gian, chỉ bảo tận tình và cung cấp các tài liệu khoa học

- Tập thể cán bộ, các thầy cô giáo khoa sau đại học, khoa cơ điện và công trình trường Đại học lâm nghiệp đã góp ý và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài

Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban lãnh đạo nhà trường, cán bộ khoa cơ khí, các bạn đồng nghiệp trường Cao đẳng nghề Đồng Nai đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này

Đồng Nai, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Đỗ Đăng Khoa

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT

Của người hướng dẫn luận văn thạc sĩ

Họ và tên người hướng dẫn:

Họ và tên học viên:

Chuyên ngành:

Khóa học:

Nội dung nhận xét: 1 Tinh thần, thái độ làm việc, ý thức tổ chức kỷ luật:

2 Về năng lực và trình độ chuyên môn:

3 Về quá trình thực hiện đề tài và kết quả của luận văn:

4 Đồng ý cho học viên bảo vệ luận văn trước Hội đồng: Có Không

Hà Nội, ngày……tháng….năm……

Người nhận xét

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

BẢN NHẬN XÉT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1.Tổng quan về máy tiện CNC : 3

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 24

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 24

2.2.1 Thiết bị gia công: 24

2.2.2 Vật liệu, chi tiết gia công và dao cắt: 28

2.2.3 Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu: 28

2.3 Nội dung nghiên cứu 28

2.4 Phương pháp nghiên cứu 28

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 28

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 29

Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 36

3.1 Động học và động lực học quá trình cắt 36

3.1.1 Động học của quá trình cắt 36

3.2 Chất lượng gia công 44

3.2.1 Chất lượng bề mặt gia công 45

3.2.2 Độ nhám bề mặt gia công 47

3.2.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công 48

3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi tiện ren trên máy tiện CNC 49

3.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí điện năng riêng khi tiện ren trên máy tiện CNC 54

3.2.6 Xác định năng suất gia công khi tiện ren 57

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 62

4.1 Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển 62

4.1.1 Mục tiêu thực nghiệm 62

4.1.2 Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng 62

4.1.3 Lập trình gia công trên máy tiện CNC – NEF 400 63

4.2 Thiết bị đo và phương pháp điều khiển các yếu tố ảnh hưởng 65

4.3 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 65

4.3.1 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của vận tốc cắt đến các hàm mục tiêu 66

4.3.2 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến các hàm tương quan 68

4.4 Thực nghiệm đa yếu tố 70

4.4.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của thông số đầu vào 70

4.4.2 Xây dựng ma trận thực nghiệm 71

4.4.3 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 72

4.5 Xác định giá trị tối ưu của tham số ảnh hưởng 75

4.5.1 Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu 75

4.5.2 Xác định giá thông số sử dụng hợp lý của máy tiện CNC NEF- 400 75

4.5.3 Thực nghiệm tiện theo chế độ tối ưu 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

1 Kết luận 78

2 Kiến nghị 79

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

T Thời gian làm việc để thực hiện được khối lượng công

M Khối lượng công việc thực hiện trong thời gian T m3

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1 Mức thí nghiệm của các thông số đầu vào 71Bảng 4.2: Bảng ma trận thí nghiệm Boks - Benken 2 thông số dầu vào 71Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm tiện trục theo chế độ tối ưu 77

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC 4

Hình 1.2: Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC 6

Hình 1.3 Hệ thống gá đặt dụng cụ 8

Hình 1.4 Bảng điều khiển máy tiện CNC 10

Hình 1.5 Hệ thống dao chủ yếu gia công trên máy tiện CNC 12

Hình 2.1 Máy tiện CNC – NEF 400 25

Hình 3.1.a Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện 36

Hình 3.1.b Chuyển động tạo ren 37

Hình 3.2 Dịch chuyển của các loại dao cắt 38

Hình 3.3.a Dao tiện ren 39

Hình 3.3.b Dao tiện mặt ngoài 39

Hình 3.4 Các yếu tố của chế độ cắt và lượng chạy dao dọc 42

Hình 3.5 Hệ thống lực cắt khi tiện ren 43

Hình 3.6 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến các tỷ lệ lực khi tiện thép 45: 44

Hình 3.7 Các dạng bề mặt gia công 46

Hình 3.8 Độ nhám bề mặt gia công 47

Hình 3.9 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên dao cắt khi tiện 55

Hình 4.1.Bản vẽ chi tiết 63

Hình 4.2.Viết chương trình 63

Hình 4.3 Tạo phôi 64

Hình 4.4 Mô phỏng gia công 64

Hình 4.5 Gia công ren 65

Hình 4.6 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí điện năng riêng 67

Hình 4.7 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt 68

Hình 4.8 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí điện năng riêng 69

Hình 4.9 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt 70

ĐẶT VẤN ĐỀ

Phát triển khoa học kỹ thuật nói chung và khoa học công nghệ trong cơ khí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết để thực hiện được mục tiêu “Công nghiệp hoá, hiện đại hoá” Trong bối cảnh hiện nay, khi mà tất cả các ngành kinh tế - kỹ thuật trong cả nước đang cố gắng đẩy nhanh quá trình phát triển nhằm tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt, năng suất lao động cao, giá thành hạ…, phục vụ tốt nhu cầu của cuộc sống của con người

Tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt là phương pháp xác định chế độ cắt tối ưu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu

về kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công với các thông số của chế độ cắt tương ứng trên một hệ thống công nghệ xác định nhằm đạt được các mục tiêu về kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công Như vậy, thực chất của việc xác định chế độ cắt tối ưu là giải bài toán tối ưu hoá bằng phương pháp thực nghiệm để tìm cực trị và miền tối ưu hoá theo các chỉ tiêu đã đề ra

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì việc thực hiện tối ưu hóa trên trên các máy điều khiển số (CNC) là một vấn đề rất quan trọng trong việc nâng cao năng suất, đáp ứng chất lượng sản phẩm đòi hỏi ngày càng cao…

Máy tiện CNC - NEF 400 là máy điều khiển số CHLB Đức được trang bị

để phục vụ đào tạo và sản xuất tại trường Cao đẳng nghề Đồng Nai, với tính năng gia công tạo các mặt trụ ngoài, mặt côn, tiện lỗ, tiện ren, tiện mặt đầu, tiện cắt đứt, tiện các bề mặt định hình trong và ngoài Tuy nhiên trong quá trình gia công các chi tiết, đặc biệt là gia công các loại ren vẫn chưa đạt được

sự tối ưu hóa về chế độ cắt dẫn đến chất lượng còn kém, bởi vì các mối ghép ren và truyền động bằng ren ngoài các yêu cầu như đúng góc độ ren, profin

ren, chiều cao ren…,mà các mối ghép ren phải lắp ghép êm, không quá lỏng, cũng không quá chặt…

Chính từ tính cấp thiết và hữu dụng của vấn đề, với mong muốn đóng góp một phần nhỏ bé của mình vào việc tìm ra những giải pháp nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm cơ khí, tôi tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài:

“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám

bề mặt và chi phí điện năng riêng khi tiện Ren trên máy tiện CNC-NEF 400”

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho sử dụng hiệu quả thiết bị phục vụ đào tạo cán bộ, công nhân kỹ thuật và thực tiễn sản xuất, tạo ra những sản phẩm có chất lượng, góp phần đưa đất nước tiến nhanh trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá

 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa thực tiễn

- Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt

- Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ khi viết chương trình gia công NC trong quá trình chuẩn bị gia công được hợp lý hơn, hiệu quả khai thác, sử dụng máy tiện CNC tốt hơn Góp phần nâng cao năng suất và hạ giá

thành sản phẩm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan về máy tiện CNC :

Máy tiện CNC có đặc điểm cấu tạo tương tự như máy tiện thông thường

Đối với tiện thông thường khi gia công cắt gọt chi tiết người điều khiển phải theo dõi vị trí dao cắt, thao tác kịp thời chế tạo ra những chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật

Độ chính xác, năng xuất phụ thuộc vào trình độ tay nghề người điều khiển

Máy CNC hoạt động theo một chương trình đã được lập trình theo một quy tắc chặt chẽ phù hợp với quy trình công nghệ được soạn thảo và cài đặt phần mềm trong máy

Kết quả làm việc của máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển Lúc này người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi và kiểm tra các chức năng hoạt động của máy

Những nét đặc trưng cơ bản của máy tiện CNC:

- Tự động hoá cao;

- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn (> 1000vòng /phút);

- Độ chính xác cao (sai lệch kích thước < 0,001 mm);

- Năng xuất gia công cao gấp 3 lần máy tiện thường;

- Tính linh hoạt cao thích nghi nhanh với các đối tượng gia công phù hợp với sản xuất loạt nhỏ

Hình dáng kết cấu của máy tiện NC cũng tương tự máy tiện thông thường, ngoài ra máy tiện CNC còn có một số đặc điểm riêng sau (Hình 1.1)

Hình 1.1: Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC

1 Ụ đứng:

Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt Bên trong lắp trục chính, động cơ bước (điều chỉnh được các tốc độ và thay đổi được chiều quay) Trên đầu trục chính một đầu được lắp với mâm cặp dùng để gá

và kẹp chặt chi tiết gia công Phía sau trục chính lắp hệ thống thủy lực hoặc khí nén để đóng, mở, kẹp chặt chi tiết

a Truyền động chính:

Động cơ của trục chính của máy tiện CNC có thể là động cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều

Động cơ dòng một chiều điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng kích từ Động cơ dòng xoay chiều thì điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng bộ biến đổi tần thay đổi số vòng quay đơn giản có mô men truyền tải cao

b Truyền động chạy dao:

Động cơ (một chiều, xoay chiều) truyền chuyển động bộ vít me đai ốc bi làm cho từng trục chạy dao độc lập (trục X,Z) Các loại động cơ này có đặc tính động học ưu việt cho quá trình cắt, quá trình phanh hãm do mô men quán tính nhỏ nên độ chính xác điều chỉnh cao và chính xác

Bộ vít me / đai ốc/ bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng ít ma sát,

có thể chỉnh khe hở hợp lý khi truyền dẫn với tốc độ cao (Hình 1.2)

Trong đó : Đường nối giữa bảng điều khiển và CPU

Đường nối giữa CPU với hệ thống động cơ chạy dao

3,4 Đường phản hồi từ động cơ đến CPU

5 Đường nối giữa CPU đến đầu ụ đứng

6 Đường phản hồi từ ụ đứng về CPU

( CPU- Bộ xử lý trung tâm của hệ điều khiển)

Hình 1.2: Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC

,,,,,- Các đường truyền liên hệ giữa các động cơ bộ sử lý trung tâm (CPU) của hệ điều khiển

2 Mâm cặp:

Quá trình đóng mở và hãm mâm cặp để tháo lắp chi tiết bằng hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén) hoạt động nhanh, lực phát động nhỏ và an toàn Đối với máy tiện CNC thường được gia công với tốc độ rất cao Số vòng quay của trục chính lớn (có thể lên tới 8000 v/ph - khi gia công kim loại màu ) Do đó lực ly tâm là rất lớn nên các mâm cặp thường được kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén) tự động

3 Ụ động:

Bộ phận này bao gồm nhiều chi tiết dùng để định tâm và gá lắp chi tiết, điều chỉnh, kẹp chặt nhờ hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén)

4 Hệ thống bàn xe dao:

Bao gồm hai bộ phận chính sau:

a Giá đỡ ổ tích dao: (Bàn xe dao)

Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện các chuyển động tịnh tiến ra, vào song song, vuông góc với trục chính nhờ các động cơ bước (các chuyển động này đã được lập trình sẵn)

b Ổ tích dao: (Đầu Rơvonve) Máy tiện CNC thường dùng hai loại sau:

- Đầu Rơ von ve có thể lắp từ 10 đến 12 dao các loại;

- Các ổ chứa dao trong tổ hợp gia công với các bộ phận khác (đồ gá thay đổi dụng cụ)

+ Đầu Rơvonve cho phép thay nhanh dao trong một thời gian ngắn đã chỉ định, còn ổ chứa dao thì mang một số lượng lớn dao mà không gây nguy hiểm, va chạm trong vùng làm việc của máy tiện

Trong cả hai trường hợp chuôi của dao thường được kẹp trong khối mang dao tại những vị trí xác định trên bàn xe dao Các khối mang dao phù hợp với các giá đỡ dao trên máy tiện và được tiêu chuẩn hoá

Các kết cấu của đầu Rơvonve tùy thuộc vào công dụng và yêu cầu công nghệ của từng loại máy

Bao gồm các đầu Rơvônve (kiểu chữ thập, các đầu Rơvônve kiểu chữ thập kiểu đĩa kiểu hình trống)

Phổ biến đầu Rơvonve của các loại máy tiện CNC có kết cấu như hình1.3

Đầu rơ-von-ve có thể lắp được các loại dao: Tiện, phay, khoan, khoét, cắt ren… được tiêu chuẩn hoá phần chuôi có thể lắp lẫn và lắp ghép với các đồ gá

ở trên đầu rơ-vôn-ve

+ Ổ chứa dụng cụ dùng cho máy tiện CNC Các ổ chứa dao cụ thường được sử dụng ít hơn so với đầu rơ-vôn-ve vì việc thay đổi dụng cụ khó khăn so với các cơ cấu của đầu rơ-vôn-ve Song ổ chứa có ưu điểm là an toàn, ít gây ra va chạm trong vùng gia công, dễ dàng ghép nối một số lớn các dụng cụ một cách tự động mà không cần sự can thiệp bằng tay

Hình 1.3 Hệ thống gá đặt dụng cụ

5 Bảng điều khiển:

Bảng điều khiển là nơi thực hiện giao diện giữa người với máy Kết cấu của bảng có thể khác nhau tùy thuộc vào nơi sản xuất Thông thường bảng điều khiển của máy tiện CNC có cấu tạo như sau:

Gồm có màn hình CRT giống như màn hình máy tính và một bàn phím gồm các nút chức năng dùng để nhập các dữ liệu, bản vẽ… Các dữ liệu này được chuyển vào máy và dùng nó để mở các thực đơn điều khiển các chức năng vận hành máy Trong máy NC các bảng điều khiển được thiết kế riêng

rẽ và được lắp trên máy Người điều khiển máy ở một vị trí làm việc nhất định như hình (1.7)

Nút dùng để nhập chữ, biểu tượng và giá trị số vào bộ điêù khiển CNC–INPUT Nút huỷ bỏ những địa chỉ và giá trị

số CANCEL, ngoàii ra còn các nút: di chuyển con trỏ, nút thay đổi trang màn hình, nút thay đổi NC/PC, nút tính toán CALCULATION, nút dùng để nhập khoảng trống AUX (AUXILIARY)

b Vùng điều khiển các chức năng vận hành, gia công

- Chế độ soạn thảo: EDITION MODE;

- Chế độ điều khiển nhớ: MEMORY OPERATION MODE;

- Chế độ điều khiển MDI-MDI OPERATION MODE;

- Các hệ thống công tắc (làm vô hiệu hoá các chức năng và cung cấp nhanh, chọn lọc);

- Các công tắc: Chạy và thực hiện từng câu lệnh, khoá các chế độ làm việc của máy, chạy khô

Hình 1.4 Bảng điều khiển máy tiện CNC

6 Một số thiết bị ngoài:

Các thiết bị bên ngoài có khả năng giúp người thợ hoàn thành các công việc một cách độc lập, mở rộng các chức năng hoạt động của máy

Gồm có các thiết bị:

a Thiết bị đo dao:

Là một thiết bị dùng để đo vị trí khoảng cách của các dao cụ, với dụng cụ

đo đó thì các sai số giữa vị trí chi tiết gia công tới các khoảng cách dao được xác định chính xác

Có 2 loại thiết bị đo:

- Thiết bị đo điện tử

- Thiết bị đo quang học

b Hệ thống đo tự động chi tiết:

Là thiết bị đo tự động từ tính toán đến xác định kích thước bù dao hoàn toàn tự động

c Hệ thống tải phôi:

Thiết bị này dùng để vận chuyển phoi trong khi cắt gọt

7 Hệ thống dao:

Bộ phận dao của máy tiện CNC thông thường cho phép lắp 8  12 dao

Mỗi dao yêu cầu chỉ được lắp cố định tại một vị trí trên đầu rơ-vôn-ve và có thể thực hiện tự động một cách chính xác theo chương trình đã được định sẵn

Các dao có thể thay đổi cho nhau và có thể lắp lẫn với các máy CNC khác trong phân xưởng Vì vậy người ta chế tạo các loại gá đỡ dao theo tiêu chuẩn

để rút ngắn thời gian các thao tác, dễ tháo lắp, sửa chữa và thay đổi số dao

Hình (1.5) là một ví dụ về hệ thống dao và khả năng phối hợp các công nghệ gia công chi tiết của các dao cụ trên máy tiện CNC

Hình 1.5 Hệ thống dao chủ yếu gia công trên máy tiện CNC 1.2.Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện CNC

a) Trên thế giới

Quá trình phát triển của công nghệ chế tạo và máy cắt kim loại đã trải qua các giai đoạn:

* Công nghệ thủ công

* Công nghiệp hoá với sự ra đời của ngành chế tạo máy công cụ

* Từ tự động hoá cơ khí sang tự động hoá có sự trợ giúp của máy vi tính (CNC)

Sau đây là những mốc quan trọng của quá trình phát triển của máy công cụ điều khiển số (CNC: Computer Numerical Control), nó gắn liền với quá trình phát triển của công nghệ điện tử và tin học

+ Năm1946:

Dr JOHNW MAUCHLY và Dr JSPRESPER ECKERT đưa ra các máy

vi tính số điện tử đầu tiên có tên là “ENIAC” cho quân đội Mỹ đã được ứng dụng

+ Năm1948 –1952:

T.PARSON và viện công nghệ MIT (Massachusetts Institute Of Technology) đã nghiên cứu thiết kế theo hợp đồng của Không quân Mỹ (US AF) một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ Để điều khiển trực tiếp

vị trí của các trục vít me thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính làm bằng chứng cho khả năng gia công một chi tiết T PARSON đã đưa ra 4 luận điểm

Các vị trí đã được đọc ra phải được thông báo một cách liên tục và bổ xung thêm tính toán cho các giá trị trung gian

Các động cơ SERVO (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động của các trục

bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên (vẫn dùng bóng đèn điện tử)

+ Năm1957:

Những máy phay đầu tiên có trong các phân xưởng của không lực Hoa

kỳ, Ở Nhật bản viện công nghệ TOKYO và công ty IKEGAI liên kết, kế thừa chế tạo thành công máy điều khiển số trên cơ sở máy tiện thủy lực và chiếc máy tiện NC đầu tiên ra đời ở Nhật Bản

+ Năm 1958:

KERNEY và TRECKER liên kết giới thiệu hệ thống thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Changer) còn gọi là “Milwaukee Matic”, giới thiệu ngôn ngữ lập trình biểu trưng đầu tiên APT gắn liền với máy tính IBM704

+ Năm1960:

Hệ điều khiển NC dùng đèn bán dẫn đã thay thế các hệ điều khiển cũ (dùng đèn điện tử) Các nhà chế tạo máy người Đức trưng bày chiếc máy điều khiển NC đầu tiên tại hội chợ HANOVER

+ Năm 1965:

Giải pháp thay dụng cụ tự động (ATC) đã nâng cao trình độ tự động hoá khâu gia công

(Sundstrand Omnicontrol) và máy tính IBM

Trong khi phát triển của công cụ trợ giúp lập trình tích hợp CNC, bùng nổ một “Cuộc chiến lòng tin” ủng hộ hay chống đối giải pháp điều khiển qua cấp lệnh bằng tay

+ Năm 1984:

Xuất hiện hệ điều khiển CNC có công năng mạnh mẽ được trang bị các công cụ trợ giúp lập trình đồ họa (Graphic) tiến thêm một bước phát triển mới lập trình tại phân xưởng

+ Những năm (1986-1987):

Những giao diện tiêu chuẩn hoá (Standard Interfaces) mở ra con đường tiến tới các xí nghiệp tự động trên cơ sở hệ thống trao đổi hệ thống thông tin liên thông CIM (Computer Intergrated Manufacturing)

+ Từ năm 1990:

Các giao diện số giữa điều khiển NC và hệ các khởi động được cải thiện

độ chính xác và đặc tính điều chỉnh của các trục điều khiển NC và trục chính

+ Từ năm 1994 đến nay:

Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM/CNC bằng cách sử dụng hệ NURBS làm phương pháp nội suy Được truy cập từ hệ CAD nhằm diễn tả bề mặt đạt độ mịn và độ sắc nét cao Nâng cao độ chính xác và tốc độ xử lý tạo

ra chuyển động đều đặn của máy, tăng tuổi thọ của máy và dụng cụ

Trải qua nhiều giai đoạn phát triển của công nghệ CNC, đã có nhiều công trình nghiên cứu ra đời điển hình như :

Công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại của các nhà khoa học Liên Xô (cũ) như giáo sư, viện sĩ V.A

Arsinop, giáo sư G.C Andrev, V.F Bobrov , các nhà khoa học Mỹ như Boston O.W, Ernst H, Merchant M.E

Lý thuyết cắt gọt kim loại đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phoi, các lực phát sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất của thiết bị, chất lượng sản phẩm khi gia công những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước của các công cụ

cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công

Nghiên cứu quá trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.P Semko, E.M.Trent; Granôpxki (Nga);V Gazda (Tiệp Khắc (cũ); P Korecky (Pháp); J

Shinozuka (Nhật); Bhattacharya A (Ấn Độ) với những kết luận quan trọng

về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt

Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loại ngày càng ược hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt Lực cắt đơn vị và các qui luật của lực cắt được xác định thông qua công thức lý thuyết [5, 15, 31, 42, 47]

đ-Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao

và chiều sâu cắt Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất các máy Nhiều công trình của các nhà khoa học

đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự hao mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - Dao cắt

- Đồ gá - Chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hoá xảy ra trong vùng cắt Điển hình là công trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ cắt động học, công trình của Zorev N.N về các lực cắt trên các bộ phận của dao cắt, các công trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các công trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin,

Tlusty, Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hoá nhận thức về nguyên lý và qui luật tự rung khi gia công, hay các công trình của các nhà khoa học Ostermann, Laladze, Malkin, Smith về phương pháp giải tích của trường nhiệt độ trong dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công

Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình là vật liệu

gỗ với đặc tính phức tạp (không đồng nhất và bất đẳng hướng) đã có nhiều công trình nổi tiếng về khoa học cắt gọt gỗ, vật liệu từ gỗ Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I A Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm

Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M.A.Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia công gỗ”, đó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời

Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi tiện

gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A L Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm

Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C Fraz [37], với những kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt, chất lượng gia công GS B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia công gỗ Theo khả năng của máy, dao cắt và theo yêu cầu của các khâu công nghệ Ông đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia công, độ nhẵn cao nhất có thể đạt là 16 m và thấp nhất là 1600 m

Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công tiện nói riêng đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ khá sớm Năm 1712 ông Nartôp, một thợ cơ khí người Nga đã chế tạo được máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình Việc chép hình

theo mẫu được thực hiện tự động Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng

- thanh răng thực hiện Cho đến năm 1798 (86 năm sau) ông Henry Nandsley người Anh mới nghiên cứu thay thế chuyển động này bằng chuyển động của vit me - đai ốc Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ tiếp phôi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler Ludnig Low (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh

Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các công cụ cắt, nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia công Điển hình là các công trình của G.I.Granovski, A.M Danielian; A.S

Kondratiev [15,38, 40]

Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loại các nhà khoa học Boley B, Weiner J, Iwamura Y., Rybicki E Johns D., Thermal stress analyses - Pergamon press, First edition, ,… [30, 31, 32, 34] đã chỉ rõ chất lượng gia công bao gồm chất lượng bề mặt gia công và độ chính xác gia công

là những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị, biểu thị sự hoàn thiện kỹ thuật trong việc sử dụng chúng để tạo ra các sản phẩm Chất lượng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể

sẽ có các chỉ tiêu đánh giá định lượng thông qua những biểu thức toán học miêu tả sự tác động tương hỗ của những yếu tố ảnh hưởng tới chúng

Nhiều công trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: phay, tiện của G.C Andrev, A.V Rudnev, V.F Bobrov; cơ sở lý thuyết mài nhẵn của E.H Maclov đã đưa ra những phân tích cụ thể về động học các quá trình cắt gọt Đó là những công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại trên thế giới lúc đó ít có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời Nghiên cứu về máy cắt và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loại các nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov

V.B, Molchanov G.I đã chỉ rõ chất lượng gia công bao gồm chất lượng bề mặt gia công và độ chính xác gia công là những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị, biểu thị sự hoàn thiện kỹ thuật trong việc sử dụng chúng để tạo ra sản phẩm Chất lượng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể sẽ cá các chỉ tiêu đánh giá định lượng thông qua những biểu thức toán học miêu tả sự tác động tương hỗ của những yếu tố ảnh hưởng tới chúng Công nghệ và thiết bị sản xuất các vật liệu phục vụ sản xuất đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ, Đức, Nhật, Thuỵ Điển nghiên cứu sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại

Do tiến bộ của khoa học - công nghệ, các trang thiết bị dùng cho quá trình gia công cắt gọt ngày càng hiện đại dẫn tới vốn đầu tư cho sản xuất ngày càng tăng Nếu chế độ công nghệ không hợp lý sẽ không khai thác hết khả năng của thiết bị, gây lãng phí lớn và hiệu quả thu được sẽ không đủ bù cho chi phí sản xuất đặc biệt là khấu hao thiết bị Vì vậy, một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để giảm chi phí gia công là phải nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công ứng với các điều kiện gia công cụ thể để cung cấp dữ liệu cho việc chuẩn bị công nghệ

Vấn đề mô hình hoá và tối ưu hoá quá trình công nghệ gia công cùng với những phương pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt kim loại đã được các nhà khoa học, giáo sư C.C Rudnik, E.I Pheldstein, G Spur, W Koenig, F Klocke, … tập trung nghiên cứu và phát triển mở rộng với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hoá các quá trình gia công cắt gọt [1, 5, 34]

Chế độ cắt gọt - tổ hợp của 3 thông số cơ bản vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt là trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ Chế độ cắt hợp lý đã góp phần quyết định đến chất lượng và năng suất gia công Tối ưu hoá quá trình cắt gọt được nghiên cứu và phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp tiên tiến như

Đức, Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Thuỵ Sĩ, Pháp, Ở những nước này song song với việc nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt người ta tiến hành xây dựng ngân hàng

dữ liệu về chế độ gia công cơ để tạo lập cơ sở cho việc tự động hoá chuẩn bị công nghệ Điển hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu của C.C

Rudnik, F Lierath, W Koenig, K Essen, và trong gia công gỗ có A.A.Pizurin, M.S.Rozenblit [ 1, 5, 45]

b) Ở Việt Nam

Lĩnh vực cơ khí chế tạo nói chung và nghành Tiện nói riêng có những bước phát triển mạnh về số lượng và chất lượng như đã được giới thiệu trong tài liệu “Giáo trình tiện” của các nhà khoa học Nguyễn Thị Quỳnh, Phạm Minh Đạo, Trần Sỹ Tuấn, năm 2009 Máy tiện chiếm khoảng 25% tới 35%

tổng số thiết bị trong phân xưởng gia công cắt gọt

Máy tiện được sản xuất trong nước từ những năm của thập kỷ 60 trong thế kỷ 20 với sự trợ giúp của Liên Xô (cũ) Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã có nhiều loại máy tiện được sản xuất trong nước và nhập khẩu từ các nước tiên tiến như Đức, Nhật

Trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về gia công vật liệu kỹ thuật chúng ta đã có những thành tựu đáng kể như:

- Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (máy gia công) và đối tượng gia công kim loại của các tác giả: Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý với công trình “Nguyên lý gia công vật liệu”, Các tác giả đã đưa ra những cơ sở lý luận khoa học về gia công kim loại bằng cắt gọt, gia công các vật liệu khác và phương pháp gia công khác

- Về các thiết bị gia công kim loại nói chung, các máy cắt, tiện, phay kim loại nói riêng đã được các nhà khoa học Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Đức Lộc, Phạm Đắp giới thiệu trong tài liệu “Máy cắt kim loại”

- Những nghiên cứu chỉ ra các phương pháp tính toán và tra cứu chế độ cắt hợp lý hỗ trợ cho việc học tập, sử dụng và điều khiển các thiết bị cắt kim loại đã được các tác giả Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, Hồ Viết Bình giới thiệu trong tài liệu “Chế độ cắt gia công cơ khí”

- Nghiên cứu mô tả toán học, sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ chế độ cắt đến chất lượng gia công, giá thành sản phẩm có vai trò quyết định

để tạo lập các mô hình toán học của bài toán tối ưu hoá được giới thiệu trong tài liệu “Tối ưu hoá các quá trình gia công cắt gọt” của PGS-TS Nguyễn Trọng Bình

Động học và động lực học quá trình tiện vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Nguyên giới thiệu trong giáo trình “Nguyên lý cắt gọt gỗ” năm 1980 [17]

Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ và phân loại các máy tiện gỗ đã được T.S Hoàng Việt đề cập nhiều trong giáo trình “ Máy và thiết bị chế biến gỗ” năm 2003 [22]

Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới cũng đã được T.S Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng dành cho học viên cao học [23, 24, 25]

Liên quan tới mô tả toán học ảnh hưởng của các thông số chế độ gia công khi cắt vật liệu thép xây dựng đã được đề cập trong đề tài luận văn

"Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng gia công trên máy T18A " của Th.s Nguyễn Văn Chiến Kết quả nghiên cứu cho thấy chiều sâu cắt, vận tốc cắt ảnh hưởng lớn đến chi phí năng lượng riêng

1.3.Kết luận chương

Lĩnh vực cơ khí chế tạo nói chung và ngành Tiện nói riêng có những phát triển đáng kể Tuy nhiên, từ khi bước sang cơ chế thị trường, ngành cơ khí nước nhà đã bộc lộ nhiều yếu kém, trong đó vấn đề lớn nhất là khả năng

cạnh tranh của nghành rất hạn chế ngay cả ở thị trường trong nước Thị trường tiêu thụ sản phẩm bị thu hẹp, không đủ sức cạnh tranh với hàng ngoại nhập, hoạt động kinh doanh gặp rất nhiều khó khăn Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất tăng cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó

có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu, khai thác, sử dụng hiệu quả thiết

bị Vì vậy muốn có sản phẩm với chất lượng cao cần có máy móc tự động, đó

là các máy CNC, ngày nay trên thế giới cuộc chiến khốc liệt của các nhà sản xuất trong việc chinh phục khách hàng bằng việc cung cấp các sản phẩm tốt nhất, giá thành thấp nhât, Việt Nam không thể tách rời xu hướng phát trển của thế giới khi hội nhập với cộng đồng quốc tế, muốn vậy ta cần nghiên cứu vấn

đề tối ưu hoá các quá trình gia công cắt gọt vật liệu trên máy CNC Tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt là phương pháp nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu thông qua mối quan hệ việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu kinh tế với các thông số của chế độ gia công ứng với một hệ thống giới hạn về mặt chất lượng, kỹ thuật và tổ chức của nhà máy

Vấn đề tối ưu hoá các quá trình gia công cắt gọt vật liệu nước ta hiện nay chưa được đặt ra Phần lớn trong quá trình chuẩn bị sản xuất các nhà công nghệ vẫn phải dựa vào các sổ tay để tra cứu Số liệu trong các sổ tay là các số liệu kinh nghiệm thu được từ thực tế trong các điều kiện sản xuất và công nghệ cụ thể, do vậy chúng không phải là các tham số tối ưu

Vì vậy cần phải có những công trình nghiên cứu cụ thể về sự ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng sản phẩm gia công, năng suất khi gia công chi tiết máy để tạo lập cơ sở tính toán thiết kế, cải tiến thiết bị, lựa chọn chế độ gia công tối ưu, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế thích ứng với các điều kiện sản xuất cụ thể

Từ những phân tích trên một lần nữa cho thấy vấn đề mà luận văn cần giải quyết là thời sự và cấp thiết

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của một số yếu tố chủ yếu thuộc chế độ cắt đến các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của quá trình gia công ren trên máy tiện CNC – NEF 400 Kết quả đạt được làm cơ sở cho việc xác lập chế độ cắt tối ưu góp phần sử dụng máy tiện CNC hiệu quả nhất trong quá trình gia công

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài luận văn giới hạn ở các đối tượng và phạm vi nghiên cứu cụ thể sau:

2.2.1 Thiết bị gia công:

Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy tiện CNC - NEF 400 Đây là loại máy sản xuất tại Đức và hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các xưởng gia công cơ khí của các Công ty, các Trường đào tạo chuyên ngành kỹ thuật và đào tạo nghề cơ khí ở nước ta

a) Khả năng công nghệ của máy tiện CNC – NEF 400

Máy tiện CNC – NEF 400 (hình 2.1) là máy tiện điều khiển theo chương trình số và được sản xuất tại Đức

Trên máy tiện CNC – NEF 400 có thể dùng dao tiện gia công mặt trụ

ngoài và trong, mặt côn và mặt định hình, mặt đầu mút và gờ, cắt rãnh ngang, dùng dao cắt ren trong và ngoài, dùng mũi khoan, mũi khoét, mũi doa, dùng ta-rô và bàn ren cắt đường ren trong và ngoài

Hình 2.1 Máy tiện CNC – NEF 400

b) Thông số kỹ thuật của máy tiện CNC – NEF 400

Khoảng làm việc

Trục chính

Công suất truyền động 100% ED kW (HP) 12 (16.1)

Số vòng quay trục chính tối đa min-1

Ký hiệu máy NEF 400

Ụ động

Thủy lực

Áp lực của chấu kẹp, ụ động bar (psi) 50 (726)

2.2.2 Vật liệu, chi tiết gia công và dao cắt:

Đề tài không nghiên cứu tất cả các loại vật liệu kim loại, cũng không nghiên cứu ở nhiều loại dao cắt của các hãng khác nhau mà chỉ tập trung nghiên cứu loại vật liệu phổ biến trong ngành cơ khí là thép C45, sản phẩm là chi tiết ren Dao tiện được lựa chọn là dao gắn mảnh hợp kim

2.2.3 Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu:

Các chỉ tiêu đặc trưng cho kinh tế và kỹ thuật là độ nhám bề mặt và chi phí điện năng riêng Các tham số của chế độ cắt được lựa chọn để nghiên cứu

sự ảnh hưởng của chúng tới các chỉ tiêu chất lượng gia công là vận tốc cắt V,

bước ren P và chiều sâu cắt t

2.3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu của đề tài tôi tập trung giải quyết những nội dung sau:

- Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp những cơ sở khoa học quá trình gia công cắt gọt vật liệu, quá trình tiện và thiết bị công nghệ Xác lập cơ sở lý thuyết, những yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt và chi phí điện năng riêng trên máy tiện CNC

- Nghiên cứu thực nghiệm: Xác lập mục tiêu, nội dung và tổ chức thí nghiệm, thu nhận kết quả thí nghiệm, xây dựng mô hình toán học của các hàm mục tiêu trong mối tương quan với các tham số điều khiển Xác định chế độ làm việc hợp lý khi gia công tạo chi tiết trên máy tiện CNC – NEF 400

- Xác định giá trị tối ưu của các thông số thuộc chế độ cắt

- Thử nghiệm gia công với chế độ cắt tối ưu

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Dựa vào lý thuyết: " Nguyên lý và dụng cụ cắt"[6],[15],[16], để tính toán lực tác dụng của phôi lên các phần tử cắt, lập công thức tính lực cắt trong

quá trình tiện, phân tích ảnh hưởng của các yếu tố đến lực cắt và chất lượng chế độ gia công hợp lý trên máy tiện

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Sử dụng phương pháp nghiên cứu qui hoạch thực nghiệm để xác định hàm mục tiêu, trên cơ sở đó thiết lập được tương quan giữa hàm mục tiêu với tham số ảnh hưởng

- Sử dụng phương pháp giải bài toán tối ưu để tìm ra chế độ sử dụng hợp

lý của máy tiện

2.4.2.1 Phương pháp qui hoạch thực nghiệm

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm là cơ sở lý luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại có nhiều ưu điểm, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực Cơ sở toán học của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui 14 Nội dung của phương pháp quy hoạch thực nghiệm được trình bày trong các tài liệu 9, [10], [14], dưới đây chỉ ứng dụng phương pháp này vào bài toán cụ thể

i k

i

k

i j ij k

i i

b

1 2 1

1

1 u

Y X





K i N u iu

N

u X Y u d X Y u p Y u

1 2

1 1 2

1

.

.

Trong đó: K - số yếu tố ảnh hưởng; b0, bi, bij, bii - hệ số hồi qui

j = i+1 ; N - số thí nghiệm; i - chỉ số của yếu tố

b) Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kokhren

Gtt =S2m / 



N 1 u

u ui u

Y Y

y m u

y

1

1

c) Kiểm tra giá trị có nghĩa của hệ số hồi qui

Các hệ số hồi qui b0; bi; bij; bii của phương trình (2.1) được kiểm tra mức ý nghĩa theo tiêu chuẩn Student: ti = bi / Sbi

Trong đó: Sbi - Phương sai của hệ số hồi qui, các hệ số chỉ có nghĩa khi ti > tb

,trong đó tb giá trị tra bảng theo tiêu chuẩn Student

d) Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi qui

Sau khi kiểm tra giá trị có ý nghĩa của hệ số hồi qui ta được phương trình hồi qui thực nghiệm và chúng cần phải được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher:

2

2

e tt

u

u Y Y k N

S

2

1

Sau khi xác định được tiêu chuẩn Fisher theo công thức (2.5) so sánh giá trị tra bảng Fb, nếu Ftt < Fb, thì mô hình tương thích và ngược lại mô hình không tương thích

e) Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình hồi qui

Mô hình hồi qui được xây dựng nhằm mục đích dự báo giá trị hàm Y tại các toạ độ được quan sát, phép kiểm tra để khẳng định mô hình có thực sự phản ánh ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm mục tiêu hay không Mô hình có khả năng làm việc khi giá trị dự báo Y ở toạ độ nào đó là chính xác có sai số nhỏ hơn ít nhất hai lần so với việc gán cho toạ độ đó có giá trị trung bình Ytính theo toàn bộ thí nghiệm

m u

N

Y Nm

Y

1

1 1

Để đánh giá khả năng làm việc của mô hình dùng hệ số đơn định (R2) và được tính theo công thức:

2 e 2

u

2 e 2

2

S 1 m N Y

Y m

S 1 m N S k N m 1 R

) (

) (

) (

)

Mô hình có khả năng làm việc khi R2 0,75

f) Chuyển phương trình hồi qui về dạng thực

Để mô tả sự ảnh hưởng của các tham số đầu vào đến chỉ tiêu nghiên cứu cần đưa phương trình hồi qui về dạng thực với các biến là các thông số tự nhiên có thứ nguyên

j i ij n

i

i

i X a X X a

1 1

.

Các hệ số hồi qui a0; ai; ạji được xác định theo hệ số hồi qui dạng mã

j i j

j i ij n

i

io

i X b X X b

1

0 0

1 1

.

b a





i ii n

j i j

ij

X b b

b

0 2 1

ij ij

.

b a





 (i  j )

Xi là giá trị thực của tham số đầu vào

2.4.2.2 Phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu

Từ mục tiêu của đề tài đặt ra ta có bài toán tối ưu đa mục tiêu như sau:

Ra = f1(v;t) min

Nr= f2(v;t) min

vmin  v  vmax ; tmin  t  tmax (2.8)

(2.7)