Nghiên cứu giải pháp tăng tuổi bền dao phay cầu trong gia công CNC 5 trục

• Tác giả: Nguyễn Tài Hoài Thanh
• Người hướng dẫn: TS. Hồ Việt Hải
• Trường học: Học viện Kỹ thuật Quân sự
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp nâng cao tuổi bền dao phay cầu khi gia công trên máy CNC 5 trục
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TUỔI BỀN DAO PHAY CẦU KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC
• 1.1. Đặc điểm hình học và chế độ cắt của dao phay cầu
• 1.1.1. Đặc điểm hình học dao phay cầu
• 1.1.2. Định hướng dao phay cầu
• 1.1.3. Vận tốc cắt đối với dao phay cầu
• 1.2. Trường hợp trục dao vuông góc bề mặt gia công
• 1.3. Trường hợp trục dao nghiêng theo hướng tiến dao
• 1.4. Trường hợp trục dao nghiêng vuông góc hướng tiến dao
• 1.5. Chất lượng bề mặt gia công
• 1.6. Năng suất gia công
• 1.7. Tuổi bền dụng cụ và các yếu tố ảnh hưởng
• 1.7.1. Sự mòn dụng cụ
• 1.7.2. Các dạng mòn điển hình của dụng cụ
• 1.7.3. Cơ chế mòn và mô hình hóa
• 1.7.4. Quá trình phát triển của lượng mòn mặt sau
• 1.8. Tuổi bền dụng cụ
• 1.8.1. Định nghĩa về tuổi bền dụng cụ
• 1.8.2. Các chỉ tiêu xác định tuổi bền dụng cụ [26]
• 1.8.3. Công thức Taylor xác định tuổi bền dụng cụ
• 1.9. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi bền dụng cụ
• 1.9.1. Các thông số chế độ cắt chính
• 1.9.2. Định hướng chuyển động dao phay cầu
• 1.9.3. Góc nghiêng trục dao phay cầu
• 1.10. Các phương pháp xác định tuổi bền dụng cụ
• 1.10.1. Các phương pháp xác định trực tiếp
• 1.10.2. Các phương pháp xác định gián tiếp
• 1.11. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2. Chương 2: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM TAGUCHI VÀ PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN BẰNG MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO
• 2.1. Quy hoạch thực nghiệm Taguchi và phân tích phương sai ANOVA
• 2.1.1. Quy hoạch thực nghiệm Taguchi
• 2.1.2. Phân tích phương sai ANOVA
• 2.2. Bậc tự do
• 2.3. Tổng bình phương sai lệch
• 2.4. Phương sai của một yếu tố
• 2.5. Mức độ ảnh hưởng của yếu tố
• 2.6. Các phương pháp dự đoán dùng trong lĩnh vực gia công cơ khí
• 2.6.1. Các loại mô hình dự đoán
• 2.6.2. Dự đoán tuổi bền dụng cụ
• 2.6.3. Dự đoán chất lượng bề mặt gia công
• 2.6.4. Dự đoán lực cắt khi phay
• 2.7. Mạng nơ-ron nhân tạo trong bài toán dự đoán
• 2.7.1. Mạng nơ-ron nhân tạo
• 2.7.2. Mạng nơ-ron truyền thẳng đa lớp
• 2.7.3. Huấn luyện mạng nơ-ron nhân tạo
• 2.7.4. Các thuật toán huấn luyện mạng nơ-ron nhân tạo
• 2.7.5. Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo trong bài toán dự đoán
• 3. Chương 3: GIẢI PHÁP DỊCH ĐOẠN LƯỠI CẮT LÀM VIỆC NHẰM NÂNG CAO TUỔI BỀN DAO PHAY CẦU GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC NHIỀU TRỤC
• 3.1. Đặc điểm gia công dao phay cầu trên máy CNC nhiều trục
• 3.1.1. Hệ thống máy CNC nhiều trục
• 3.1.2. Vùng tiếp xúc dao-phôi của dao phay cầu
• 3.1.3. Điều kiện cắt của mỗi đai cắt làm việc
• 3.2. Dịch chuyển đoạn lưỡi cắt làm việc của dao phay cầu
• 3.2.1. Dữ liệu vị trí dao trong chương trình gia công CNC
• 3.2.2. Quá trình tạo một chương trình gia công NC
• 3.2.3. Dữ liệu vị trí dao của phần mềm NX CAM
• 3.3. Đề xuất một giải pháp nâng cao tuổi bền dao phay cầu
• 3.4. Xây dựng phần mềm hỗ trợ giải pháp nâng cao tuồi bền dụng cụ
• 3.4.1. Ngôn ngữ lập trình cho phần mềm
• 3.4.2. Xây dựng các khối chức năng phần mềm
• 4. Chương 4: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT VỚI CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ KIỂM CHỨNG GIẢI PHÁP NÂNG CAO TUỔI BỀN DỤNG CỤ
• 4.1. Khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đói với các thông số công nghệ
• 4.1.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm
• 4.1.2. Các thông số đầu vào
• 4.1.3. Các thông số đầu ra
• 4.1.4. Các thông số cố định
• 4.2. Các điều kiện thí nghiệm
• 4.2.1. Máy phay gia công
• 4.2.2. Mẫu gia công thí nghiệm
• 4.2.3. Dụng cụ cắt
• 4.2.4. Kính hiển vi điện tử đo lượng mòn lưỡi cắt
• 4.3. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm
• 4.3.1. Xây dựng bảng thí nghiệm trực giao Taguchi
• 4.3.2. Các thí nghiệm bổ sung dữ liệu huấn luyện
• 4.4. Tiến hành thí nghiệm và thu thập dữ liệu
• 4.4.1. Chuẩn bị gia công thí nghiệm
• 4.4.2. Thực hiện gia công và giám sát lượng mòn lưỡi dao
• 4.4.3. Xác định giá trị tuổi bền dụng cụ qua lượng mòn mặt sau
• 4.4.4. Thu thập giá trị nhám bề mặt và năng suất gia công
• 4.5. Phân tích ảnh hưởng của chế độ cắt đến các thông số công nghệ
• 4.5.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền
• 4.5.2. Ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng bề mặt và năng suất gia công
• 4.6. Dự đoán tuổi bền dụng cụ sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo
• 4.7. Kiểm chứng giải pháp nâng cao tuổi bền dao phay cầu
• 4.7.1. Dịch đoạn lưỡi cắt làm việc khi gia công các mặt phẳng nghiêng
• 4.7.2. Lựa chọn mô hình gia công kiểm chứng
• 4.7.3. Xây dựng chương trình gia công kiểm chứng
• 4.7.4. Dự đoán chiều dài cắt lớn nhất bằng mạng nơ-ron nhân tạo
• 4.7.5. Dịch đoạn lưỡi cắt làm việc khi gia công bề mặt tự do
• 4.7.6. Xây dựng mô hình bề mặt gia công thử nghiệm
• 4.7.7. Chương trình gia công NC cho bề mặt tự do
• 4.7.8. Lựa chọn giải pháp tối ưu tuổi bền dụng cụ
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Bảng thí nghiệm trực giao L16(44) và các thí nghiệm bổ sung
• Giá trị tính toán đường kính cắt hiệu dụng, tốc độ trục chính và tốc độ tiến dao
• Hình ảnh phát triển vết mòn trên lưỡi cắt ở các thí nghiệm
• Giá trị các yếu tố đầu ra trong các thí nghiệm
• Bảng kết quả dự đoán tuổi bền bằng phần mềm Visual Gene
• Bảng kết quả dự đoán tuổi bền bằng phần mềm CTMSoft
• Dự đoán đầu ra cho thông số thí nghiệm kiểm chứng

I. Tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi bền dao phay cầu khi gia công trên máy CNC

Chương này tập trung phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi bền dao phay trong quá trình gia công CNC. Các yếu tố bao gồm đặc điểm hình học của dao phay cầu, chế độ cắt, và các dạng mòn dụng cụ. Đặc biệt, tuổi bền dụng cụ được xác định thông qua các chỉ tiêu như lượng mòn mặt sau và công thức Taylor. Các nghiên cứu trong và ngoài nước cũng được tổng hợp, làm cơ sở cho việc đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền.

1.1. Đặc điểm hình học và chế độ cắt của dao phay cầu

Dao phay cầu có hình học đặc biệt với lưỡi cắt dạng cung tròn, ảnh hưởng trực tiếp đến vùng tiếp xúc giữa dao và phôi. Các thông số như vận tốc cắt, chiều sâu cắt, và góc nghiêng trục dao đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tuổi bền dao phay. Các trường hợp định hướng dao khác nhau cũng được phân tích để tối ưu hóa quá trình gia công.

1.2. Các dạng mòn và cơ chế mòn dụng cụ

Mòn dụng cụ là yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi bền dao phay. Các dạng mòn điển hình bao gồm mòn mặt trước, mòn mặt sau, và mòn cục bộ. Cơ chế mòn được mô hình hóa để dự đoán sự phát triển của lượng mòn theo thời gian. Các yếu tố như vận tốc cắt và chiều sâu cắt cũng được đánh giá về mức độ ảnh hưởng đến quá trình mòn.

II. Quy hoạch thực nghiệm Taguchi và phương pháp dự đoán bằng mạng nơ ron nhân tạo

Chương này giới thiệu phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi và phân tích phương sai ANOVA để xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến tuổi bền dao phay. Bên cạnh đó, mạng nơ-ron nhân tạo được ứng dụng để dự đoán tuổi bền dụng cụ, chất lượng bề mặt, và lực cắt. Các thuật toán huấn luyện mạng nơ-ron cũng được trình bày chi tiết.

2.1. Quy hoạch thực nghiệm Taguchi và phân tích ANOVA

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi được sử dụng để thiết kế các thí nghiệm nhằm tối ưu hóa các thông số gia công. Phân tích phương sai ANOVA giúp xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố như vận tốc cắt, lượng tiến dao, và góc nghiêng trục dao đến tuổi bền dao phay. Kết quả phân tích được sử dụng để tối ưu hóa quy trình gia công.

2.2. Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo trong dự đoán tuổi bền

Mạng nơ-ron nhân tạo được huấn luyện để dự đoán tuổi bền dao phay dựa trên các thông số gia công. Các mô hình dự đoán được kiểm chứng bằng dữ liệu thực nghiệm, đạt độ chính xác cao. Phương pháp này mở ra hướng ứng dụng mới trong việc tối ưu hóa quy trình gia công CNC.

III. Giải pháp dịch đoạn lưỡi cắt làm việc nhằm nâng cao tuổi bền dao phay cầu

Chương này đề xuất giải pháp dịch đoạn lưỡi cắt làm việc để nâng cao tuổi bền dao phay cầu. Giải pháp này dựa trên việc sử dụng các đoạn lưỡi cắt khác nhau để phân bố đều lượng mòn trên dao. Phần mềm hỗ trợ được phát triển để tính toán chiều dài cắt cho phép và điều chỉnh chương trình gia công CNC.

3.1. Đặc điểm gia công dao phay cầu trên máy CNC nhiều trục

Quá trình gia công bằng dao phay cầu trên máy CNC 5 trục được phân tích chi tiết. Các yếu tố như vùng tiếp xúc dao-phôi và điều kiện cắt được xem xét để tối ưu hóa quy trình. Giải pháp dịch đoạn lưỡi cắt làm việc được đề xuất để phân bố đều lượng mòn trên dao.

3.2. Xây dựng phần mềm hỗ trợ giải pháp nâng cao tuổi bền

Phần mềm được phát triển để hỗ trợ thực hiện giải pháp dịch đoạn lưỡi cắt làm việc. Phần mềm tích hợp các chức năng như quy hoạch thực nghiệm, dự đoán tuổi bền, và phân tích chương trình gia công NC. Phần mềm đã được kiểm chứng và cho kết quả chính xác trong thực tế.

IV. Thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt và kiểm chứng giải pháp nâng cao tuổi bền

Chương này trình bày các thí nghiệm thực tế để khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền dao phay. Các thí nghiệm được thiết kế theo phương pháp Taguchi và kết quả được phân tích bằng ANOVA. Giải pháp dịch đoạn lưỡi cắt làm việc cũng được kiểm chứng thông qua các thí nghiệm gia công trên máy CNC 5 trục.

4.1. Khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến tuổi bền

Các thí nghiệm được thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt như vận tốc cắt, lượng tiến dao, và góc nghiêng trục dao đến tuổi bền dao phay. Kết quả thí nghiệm được phân tích bằng phương pháp ANOVA để xác định mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố.

4.2. Kiểm chứng giải pháp dịch đoạn lưỡi cắt làm việc

Giải pháp dịch đoạn lưỡi cắt làm việc được kiểm chứng thông qua các thí nghiệm gia công trên máy CNC 5 trục. Kết quả cho thấy giải pháp này giúp nâng cao đáng kể tuổi bền dao phay mà không ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và năng suất gia công.