Nghiên cứu tối ưu hóa độ chính xác cho cơ cấu ăn dao sử dụng cơ cấu đàn hồi

Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa độ chính xác của cơ cấu ăn dao thông… 169 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh · 2023.

• Tác giả: Nguyễn Văn Khiển
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Huy Hoàng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Tối Ưu Hóa Độ Chính Xác Cơ Cấu Ăn Dao Bằng Cơ Cấu Đàn Hồi
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Cơ cấu đần hồi
• 1.3. Các ưu điểm của khớp nối đàn hồi và cơ cấu đàn hồi
• 1.4. Một số cơ cấu đàn hồi thông dụng
• 1.5. Các kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.6. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Cơ sở lý thuyết và mô hình toán khớp đàn hồi
• 2.2. Mô hình toán khớp đàn hồi
• 2.3. Độ mềm và độ cứng của khớp đàn hồi
• 2.4. Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM)
• 2.5. Cơ sở phương pháp tối ưu hoá
• 2.6. Phân loại các bài toán tối ưu. Các phương pháp tối ưu thông dụng. Giải thuật di truyền sắp xếp không vượt trội II (NSGA – II). Tối ưu hóa độ tin cậy
• 2.7. Phương pháp phân tích độ tin cậy bậc nhất FORM
• 2.8. Thông số hình học của dụng cụ cắt ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HÓA CƠ CẤU ĂN DAO
• 3.1. Mục tiêu thiết kế. Tiêu chí thiết kế
• 3.2. Cơ sở thiết kế
• 3.3. Thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 1
• 3.3.1. Nguyên lý hoạt động
• 3.3.2. Phân tích độ khuếch đại chuyển vị giữa đầu vào và đầu ra của cơ cấu
• 3.3.3. Phân tích đông lực học của cơ cấu
• 3.3.4. Tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 1
• 3.3.5. Tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng tương đương
• 3.3.6. Tối ưu hóa cơ cấu đàn hồi
• 3.3.7. Đánh giá thiết kế tối ưu
• 3.4. Thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 2
• 3.4.1. Nguyên lý hoạt động
• 3.4.2. Phân tích khuếch đại của cơ cấu
• 3.4.3. Phân tích độ cứng theo phương pháp ma trận
• 3.4.4. Phân tích động lực học của cơ cấu
• 3.4.5. Tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 2
• 3.4.6. Tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng tương đương
• 3.4.7. Tối ưu hóa cơ cấu đàn hồi dùng GA
• 3.4.8. Tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy
• 3.4.9. Đánh giá thiết kế tối ưu
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU ĂN DAO
• 4.1. Thực nghiệm và điều khiển thiết kế kiểu 1
• 4.1.1. Kiểm tra tần số dao động tự nhiên. Thực nghiệm điều khiển vòng hở
• 4.1.2. Thực nghiệm điều khiển vòng kín bằng GA - PID
• 4.2. Thực nghiệm và điều khiển thiết kế cơ cấu kiểu 2
• 4.2.1. Kiểm tra tần số dao động tự nhiên
• 4.2.2. Thực nghiệm điều khiển
• 4.2.3. Kiểm tra độ cứng của cơ cấu
• 4.3. Thực nghiêm gia công
• 4.3.1. Thưc nghiệm điều khiển chính xác trên máy tiện
• 4.3.2. Thực nghiệm gia công đánh giá độ nhám và nhiệt cắt
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Hướng phát triển
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ
• DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH

Tóm tắt

I. Tối ưu hóa độ chính xác cơ cấu ăn dao

Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa độ chính xác của cơ cấu ăn dao thông qua việc sử dụng cơ cấu đàn hồi. Mục tiêu chính là cải thiện hiệu suất gia công và giảm thiểu sai số trong quá trình tiện. Độ chính xác cao trong gia công không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng công nghệ chế tạo hiện đại, đặc biệt là các thiết bị truyền động như PZT, đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện độ chính xác của các cơ cấu ăn dao. Theo nghiên cứu, việc sử dụng cơ cấu đàn hồi giúp kiểm soát chính xác chiều sâu cắt, từ đó đạt được dung sai kích thước mong muốn mà không cần thực hiện các nguyên công gia công tinh trên máy mài.

1.1. Đánh giá độ chính xác

Đánh giá độ chính xác của cơ cấu ăn dao là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các chỉ tiêu như độ nhám bề mặt và nhiệt độ cắt được phân tích kỹ lưỡng. Kết quả cho thấy rằng khi sử dụng cơ cấu đàn hồi, độ nhám bề mặt giảm đáng kể, với sai số vị trí mũi dao nhỏ hơn 2,5 µm trên máy tiện cơ và 0,4 µm trên máy tiện CNC. Điều này chứng tỏ rằng cơ cấu ăn dao mới có khả năng định vị chính xác và nhanh chóng dụng cụ cắt trong quá trình gia công. Việc này không chỉ kéo dài tuổi thọ của dao mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của quá trình gia công.

II. Phương pháp tối ưu hóa

Luận án này đề xuất hai giải thuật tối ưu hóa mới nhằm nâng cao độ chính xác của cơ cấu ăn dao. Giải thuật đầu tiên là giải thuật di truyền kết hợp với phương pháp TOPSIS, cho phép tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng tương đương và cơ cấu đàn hồi. Giải thuật thứ hai tập trung vào tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy, giúp đảm bảo rằng các thiết kế không chỉ đạt được hiệu suất cao mà còn có độ tin cậy trong quá trình hoạt động. Việc áp dụng các phương pháp này đã cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong các chỉ tiêu về độ chính xác và hiệu suất gia công.

2.1. Giải thuật di truyền

Giải thuật di truyền được sử dụng để tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng tương đương và cơ cấu đàn hồi. Quá trình này bao gồm nhiều giai đoạn, từ thiết kế tối ưu đến phân tích ứng xử chuyển vị và ứng suất. Kết quả cho thấy rằng việc áp dụng giải thuật này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn giảm thiểu thời gian gia công. Sự kết hợp giữa các phương pháp tối ưu hóa và phân tích độ tin cậy đã tạo ra một mô hình thiết kế hiệu quả, có thể áp dụng rộng rãi trong ngành chế tạo.

III. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao. Việc ứng dụng cơ cấu ăn dao mới vào các máy tiện thông thường đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao độ chính xác và giảm thiểu sai số trong gia công. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng cơ cấu đàn hồi giúp cải thiện đáng kể độ nhám bề mặt và nhiệt độ cắt, từ đó kéo dài tuổi thọ của dao. Điều này mở ra hướng đi mới cho ngành chế tạo tại Việt Nam, nơi mà việc áp dụng công nghệ tiên tiến còn nhiều hạn chế.

3.1. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng khi áp dụng cơ cấu ăn dao mới, độ nhám bề mặt đạt được là 0,41 µm trên máy tiện cơ và 0,25 µm trên máy tiện CNC. Nhiệt độ cắt cũng giảm đáng kể, cho thấy rằng cơ cấu đàn hồi không chỉ cải thiện độ chính xác mà còn nâng cao hiệu suất gia công. Những kết quả này chứng minh rằng nghiên cứu có thể được ứng dụng trực tiếp vào sản xuất, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế – kỹ thuật trong ngành chế tạo.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác, việc gia công các chi tiết trục hình trụ có độ chính xác kích thước dưới $1\ \mu\text{m}$ ($1/1000\text{ mm}$) thường đòi hỏi quy trình nhiều bước gồm tiện thô, bán tinh, tiện tinh và hoàn thiện cuối cùng bằng nguyên công mài. Các máy tiện cơ và máy tiện CNC thông thường bị giới hạn về độ chính xác định vị (thường nằm trong khoảng từ $5\ \mu\text{m}$ đến $20\ \mu\text{m}$) do ảnh hưởng của ma sát, khe hở mòn trong các bộ truyền vít me bi, ổ lăn và sai số lắp ráp. Mặc dù các dòng máy tiện siêu chính xác chuyên dụng có thể giải quyết được yêu cầu dung sai này, chi phí đầu tư thiết bị rất cao và đòi hỏi điều kiện nhà xưởng khắt khe về cách ly nhiệt và chống rung động. Giải pháp kết hợp bộ truyền động áp điện PZT (Piezoelectric Actuator) với cơ cấu đàn hồi (CCĐH) lắp bổ sung trên bàn dao của máy tiện thông thường cho phép thực hiện chuyển động chạy dao thô bằng hệ thống dẫn động của máy và chuyển động định vị tinh bằng cơ cấu ăn dao vi mô, loại bỏ sự cần thiết của nguyên công mài.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án chỉ ra là: các nghiên cứu về CCĐH ứng dụng trong cơ cấu ăn dao chính xác tại Việt Nam còn rất hạn chế; các nghiên cứu quốc tế trước đây chủ yếu thiết kế trực tiếp CCĐH mà thiếu mô hình khâu cứng tương đương (PRBM), chưa tích hợp phương pháp tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy, các kết cấu công bố thường có tần số tự nhiên thấp, độ cứng vững không cao hoặc chưa được kiểm nghiệm gia công thực tế trên vật liệu kim loại cụ thể.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm 5 nội dung chính:

1. Thiết kế và phân tích động học, động lực học của cơ cấu ăn dao dùng CCĐH.
2. Tối ưu hóa kích thước hình học và tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy cho cơ cấu ăn dao.
3. Chế tạo nguyên mẫu và thực nghiệm kiểm tra các đặc tính cơ điện của cơ cấu ăn dao.
4. Xây dựng thuật toán và thực hiện điều khiển cơ cấu ăn dao bằng giải thuật GA - PID.
5. Lắp đặt cơ cấu ăn dao lên máy tiện cơ và máy tiện CNC để gia công thực nghiệm vật liệu thép C45, so sánh các chỉ tiêu độ chính xác vị trí mũi dao, độ nhám bề mặt và nhiệt độ cắt khi có và không có cơ cấu ăn dao.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

• Xây dựng mô hình toán học giải tích về chuyển vị, động học và động lực học của cơ cấu ăn dao.
• Phát triển các giải thuật tối ưu hóa thiết kế đa mục tiêu kết hợp phân tích phần tử hữu hạn (FEM).
• Chế tạo mẫu thực nghiệm bằng vật liệu hợp kim nhôm Al-7075.
• Thiết lập hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển chuyển vị vòng kín bằng thuật toán GA - PID trên nền tảng LabVIEW.
• Thực nghiệm gia công tiện tinh trục thép C45 ở chiều sâu cắt $5\ \mu\text{m}$ trên hai loại máy tiện.

Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung đánh giá độ chính xác của cơ cấu ăn dao (chiều sâu cắt), bỏ qua các yếu tố ảnh hưởng khác trong hệ thống công nghệ. Đối tượng thực nghiệm là cơ cấu ăn dao chế tạo từ hợp kim nhôm Al-7075 gắn trên bàn dao của máy tiện cơ MAQ CD6241X100 và máy tiện CNC ECOCA SL-8; vật liệu gia công là thép C45; chế độ cắt khảo sát tại chiều sâu cắt tinh $5\ \mu\text{m}$.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã phân loại và tổng hợp các công trình nghiên cứu liên quan đến cơ cấu đàn hồi và cơ cấu ăn dao chính xác trong và ngoài nước:

Về các nghiên cứu trong nước:

• GS. Bành Tiến Long [16] nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác máy phay CNC bằng bộ điều khiển bù sai số vị trí thông qua tín hiệu encoder.
• Phạm Huy Hoàng và cộng sự (2008) [4] thiết kế và mô phỏng cơ cấu dẫn động vi phân độ phân giải micron với tỉ số khuếch đại chuyển vị 9,53 và độ phân giải từ $0,5\ \mu\text{m}$ đến $1\ \mu\text{m}$.
• Phạm Minh Tuấn và Phạm Huy Hoàng (2013) [17] mô phỏng cơ cấu ăn dao bằng CCĐH cho máy CNC với hệ số khuếch đại bằng 2, ứng suất cực đại 918 MPa, chưa tiến hành thực nghiệm điều khiển và cắt gọt.
• Phạm Huy Tuân và cộng sự (2013, 2016, 2020) [18, 20, 21] ứng dụng CCĐH kết hợp giải thuật di truyền thiết kế khớp mắt cá và bàn chân giả nguyên khối bằng vật liệu POM đã được đăng ký sở hữu trí tuệ.
• Thanh-Phong Dao và cộng sự [22-26] phát triển, tối ưu hóa các CCĐH khuếch đại chuyển vị lớn cho hệ thống định vị vi mô hai trục XY và cảm biến đo hành trình, tuy nhiên tần số dao động tự nhiên và độ cứng vững còn thấp, chưa tích hợp điều khiển và ứng dụng gia công cắt gọt.

Về các nghiên cứu ngoài nước:

• Xu và cộng sự (1996, 2011) [5] thiết kế CCĐH khuếch đại dạng cầu đơn và phức hợp với tỉ số khuếch đại trên 12, độ cứng khoảng 9 N/m.
• Meng và cộng sự (2013) [6] thiết kế CCĐH chuyển động thẳng dùng khớp đàn hồi dạng góc lượn (corner-filleted) có độ khuếch đại bằng 5.
• Shin Kang và cộng sự (2013) [7] phát triển CCĐH 4 khâu có hệ số khuếch đại bằng 7, hành trình khoảng $10\ \mu\text{m}$.
• Zhu và cộng sự (2013) [8] thiết kế cơ cấu ăn dao 2 bậc tự do với hành trình trục Z đạt $27,03\ \mu\text{m}$ (độ phân giải 14 nm) và trục X đạt từ $-8,37\ \mu\text{m}$ đến $7,544\ \mu\text{m}$ (độ phân giải 8 nm).
• Lu và cộng sự (2015) [9] công bố cơ cấu khuếch đại đòn bẩy kép đạt hệ số khuếch đại 6,28 đến 8,96, hành trình $0,88\ \mu\text{m}$ đến $1,42\ \mu\text{m}$.
• Chen và cộng sự (2016) [10] dùng khớp đàn hồi elip tạo độ khuếch đại 40 lần nhưng tần số riêng và độ cứng thấp.
• Sun (2020) [11] thiết kế hệ thống 1 bậc tự do cách ly rung động có chuyển vị $220\ \mu\text{m}$, tần số 38 Hz. Shen (2021) [12] kết hợp cơ cấu cầu và đòn bẩy đạt chuyển vị $568\ \mu\text{m}$, ứng suất 423 MPa. Ling và cộng sự (2022) [13] phát triển cơ cấu khuếch đại 3 giai đoạn đạt chuyển vị 0,7 mm, tần số 874 Hz.
• Về cơ cấu ăn dao nhanh (FTS) cho máy tiện: Liu và cộng sự (2013) [36] thiết kế cơ cấu cắt kim cương có tần số 109,6 Hz, chuyển vị trục Z là $500\ \mu\text{m}$, chuyển vị ký sinh trục Y là $3,4\ \mu\text{m}$. Li và Ibrahim (2011) [55] mô phỏng FTS tuyến tính 1 bậc tự do có tần số 1400 Hz, chuyển vị $20\ \mu\text{m}$, độ cứng $10,3173\text{ N}/\mu\text{m}$, ứng suất 700 MPa nhưng bộ PZT chịu trực tiếp phản lực cắt. Zhu và Zhou (2011) [56] thiết kế FTS tần số 2 kHz, hành trình $10,25\ \mu\text{m}$, độ trễ 19,5%. Wang và cộng sự (2013) [57] chế tạo cơ cấu 4 khâu không đối xứng có tần số 321 Hz, chuyển vị $540\ \mu\text{m}$, sai số PID 6%. Shalaby và cộng sự (2017) [58] thử nghiệm tiện thép đạt cấp chính xác IT5 và độ nhám $R_a \approx 0,45\ \mu\text{m}$. Ding và cộng sự (2017) [59] và Hao Liang và cộng sự (2017) [60] tối ưu hóa cơ cấu đạt tần số lần lượt 156,77 Hz và 316,84 Hz. Kurniawan và cộng sự (2013) [61] cùng Yu He và cộng sự (2018) [62] ứng dụng CCĐH gia công rung động bề mặt vi mô trên nhôm và thép AISI 1045.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết:

1. Thiếu quy trình thiết kế tối ưu có hệ thống từ mô hình khâu cứng tương đương (PRBM) chuyển đổi sang CCĐH kết hợp đánh giá độ tin cậy kích thước hình học.
2. Các cơ cấu FTS hiện hữu có tần số tự nhiên thấp hoặc độ cứng không đủ lớn để triệt tiêu dao động khi cắt vật liệu thép.
3. Thiếu dữ liệu thực nghiệm kiểm chứng đồng thời trên cả máy tiện cơ vạn năng và máy tiện CNC đối với các chỉ tiêu sai số vị trí mũi dao, độ nhám bề mặt và nhiệt cắt khi gia công thép C45.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng cơ sở khoa học dựa trên các lý thuyết và công cụ phân tích sau:

Lý thuyết và mô hình toán khớp đàn hồi:

• Sử dụng mô hình khớp bản lề đàn hồi dạng cung tròn đối xứng và khớp tịnh tiến đàn hồi (flexure prismatic joint).
• Thiết lập phương trình vi tích phân xác định độ mềm (compliance) và độ cứng (stiffness) của khớp dựa trên các thông số hình học (bán kính $R$, bề dày nhỏ nhất $t$, bề rộng $b$).
• Ứng dụng phương pháp ma trận độ mềm/độ cứng để phân tích quan hệ biến dạng - lực cho toàn bộ chuỗi động học của CCĐH.
• Sử dụng mô hình khâu cứng tương đương PRBM (Pseudo-Rigid-Body Model) để mô hình hóa các biến dạng góc thành các khớp xoay tương đương có gắn lò xo xoắn với độ cứng xác định.

Phương pháp tính toán và mô phỏng số:

• Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) triển khai trên phần mềm ANSYS để phân tích tĩnh (chuyển vị, ứng suất Von-Mises) và phân tích dao động (modal analysis) xác định tần số tự nhiên bậc 1.
• Xây dựng mô hình tính toán giải tích và lập trình thuật toán trên phần mềm MATLAB.

Phương pháp tối ưu hóa và phân tích độ tin cậy:

• Giải thuật di truyền sắp xếp không vượt trội phiên bản II (NSGA-II) để giải quyết bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu, thiết lập tập nghiệm tối ưu Pareto giữa hệ số khuếch đại chuyển vị, tần số dao động tự nhiên, độ cứng đầu vào và ứng suất cực đại.
• Phương pháp xác định trọng số Entropy kết hợp phương pháp TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) để xếp hạng và lựa chọn nghiệm tối ưu thỏa hiệp từ tập Pareto.
• Phương pháp thiết kế tối ưu dựa trên độ tin cậy (RBDO) sử dụng phương pháp phân tích độ tin cậy bậc nhất FORM (First Order Reliability Method) xác định điểm thiết kế có xác suất phá hủy cao nhất (Most Probable Point - MPP) trong không gian chuẩn hóa.

Phương pháp điều khiển và thực nghiệm:

• Thuật toán điều khiển vòng kín GA - PID: Giải thuật di truyền (GA) được sử dụng để tối ưu hóa các thông số $K_p, K_i, K_d$ của bộ điều khiển PID nhằm giảm thiểu sai số bám quỹ đạo và hiện tượng trễ của bộ PZT.
• Nền tảng điều khiển và thu thập dữ liệu: Phần mềm LabVIEW kết hợp phần cứng điều khiển nhúng NI myRIO 1900.
• Cảm biến và thiết bị đo: Cảm biến khoảng cách laser Keyence LK-G30 (độ phân giải cấp nanomet), máy đo độ nhám bề mặt Mitutoyo SJ-210, cảm biến nhiệt độ tiếp xúc.
• Thiết kế thực nghiệm: Ứng dụng phương pháp Taguchi và phần mềm MINITAB 16 để thiết kế ma trận thí nghiệm và phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi tiện.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của việc nâng cao độ chính xác gia công tiện trên các máy công cụ thông thường nhằm thay thế nguyên công mài; xác định mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, phương pháp tiếp cận cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài; tóm tắt bố cục toàn văn luận án.

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Tổng hợp cơ sở lý luận về cơ cấu đàn hồi, phân tích ưu điểm (không ma sát, không khe hở, không cần bôi trơn, độ nhạy cao) và nhược điểm (phạm vi chuyển vị hẹp, ứng suất tập trung). Trình bày các dạng cơ cấu khuếch đại chuyển vị thông dụng: cơ cấu vi sai, cơ cấu dạng cầu, cơ cấu 4 khâu, cơ cấu đòn bẩy. Điểm luận chi tiết các công trình nghiên cứu ứng dụng CCĐH và bộ truyền động PZT trong cơ cấu ăn dao chính xác (FTS) trong nước và quốc tế, tổng hợp các thông số kỹ thuật (tần số, chuyển vị, độ cứng, ứng suất) của các cơ cấu đã công bố nhằm xác định định hướng nghiên cứu của luận án.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày lý thuyết tính toán giải tích khớp đàn hồi dạng cung tròn đối xứng; thiết lập công thức ma trận độ mềm và độ cứng. Trình bày nguyên lý mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM). Phân tích cơ sở toán học của bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu NSGA-II, phương pháp tính trọng số Entropy và xếp hạng TOPSIS. Thiết lập cơ sở lý thuyết tối ưu hóa độ tin cậy RBDO theo phương pháp FORM. Trình bày lý thuyết hình học tiếp xúc giữa mũi dụng cụ cắt và bề mặt gia công chi tiết, thiết lập công thức toán học xác định độ nhám bề mặt lý thuyết ($R_{max}, R_a$) theo bán kính mũi dao ($r_\epsilon$), bước tiến dao ($f$) và góc nghiêng dao.

Chương 3: Thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu ăn dao

Chương này phát triển chi tiết hai phương án thiết kế cơ cấu ăn dao:

1. Cơ cấu ăn dao kiểu 1:

• Hoạt động dựa trên nguyên lý cơ cấu khuếch đại đòn bẩy kết hợp đối xứng.
• Thiết lập mô hình động học, động lực học và tỷ số khuếch đại chuyển vị giải tích.
• Thực hiện quy trình tối ưu hóa qua 5 giai đoạn: (1) Tối ưu hóa mô hình khâu cứng tương đương (PRBM); (2) Chuyển đổi mô hình PRBM sang CCĐH; (3) Phân tích FEM trên ANSYS về chuyển vị, ứng suất và tần số dao động riêng; (4) Tối ưu hóa đa mục tiêu bằng NSGA-II thu được đường biên Pareto; (5) Xác định trọng số Entropy và áp dụng phương pháp TOPSIS để chọn phương án tối ưu thỏa hiệp.

2. Cơ cấu ăn dao kiểu 2:

• Thiết kế đối xứng dựa trên chuỗi liên kết khớp đàn hồi phức hợp nhằm tăng độ cứng vững và giảm chuyển vị không mong muốn theo phương vuông góc.
• Thiết lập mô hình giải tích vận tốc điểm để xác định độ khuếch đại; xây dựng ma trận độ mềm toàn phần để tính độ cứng đầu vào và đầu ra.
• Thực hiện quy trình tối ưu hóa 3 giai đoạn: (1) Tối ưu hóa mô hình PRBM và chuyển đổi sang CCĐH; (2) Tối ưu hóa đa mục tiêu bằng NSGA-II; (3) Phân tích độ tin cậy bằng phương pháp FORM (xét đến dung sai kích thước chế tạo như các biến ngẫu nhiên tuân theo phân phối chuẩn) để đảm bảo ứng suất làm việc luôn nằm dưới giới hạn mỏi và bền của vật liệu Al-7075.

Chương 4: Thực nghiệm và điều khiển cơ cấu ăn dao

Chế tạo nguyên mẫu cơ cấu kiểu 1 và kiểu 2 bằng phương pháp gia công tia lửa điện cắt dây (WEDM) từ phôi hợp kim nhôm Al-7075. Lắp đặt hệ thống thực nghiệm gồm bộ kích hoạt PZT, cảm biến laser LK-G30, card NI myRIO 1900 và máy tính điều khiển.

Nội dung thực nghiệm bao gồm:

• Đo kiểm tần số dao động riêng bằng thực nghiệm và so sánh với mô phỏng ANSYS.
• Kiểm tra độ cứng đầu vào của cơ cấu thông qua tác dụng lực tĩnh và đo chuyển vị.
• Thực nghiệm điều khiển chuyển vị: Thử nghiệm điều khiển vòng hở (ghi nhận hiện tượng trễ phi tuyến lớn của PZT) và điều khiển vòng kín sử dụng giải thuật GA - PID. Đánh giá đáp ứng vòng kín với các dạng tín hiệu xung sin, xung tam giác và xung vuông, cho thấy sai số điều khiển bám quỹ đạo giảm rõ rệt.
• Thực nghiệm cắt gọt trên máy tiện cơ MAQ CD6241X100 và máy tiện CNC ECOCA SL-8: Gia công trục thép C45 với chiều sâu cắt tinh $5\ \mu\text{m}$. Đo đạc trực tiếp sai số vị trí mũi dao, độ nhám bề mặt $R_a$ bằng máy Mitutoyo SJ-210 và ghi nhận nhiệt độ vùng cắt.

Dữ liệu so sánh giữa hai chế độ gia công trên máy tiện cơ và máy tiện CNC được tổng hợp trong bảng sau:

Thông số đánh giá	Máy tiện cơ MAQ CD6241X100 (Không dùng CCĐH)	Máy tiện cơ MAQ CD6241X100 (Có dùng CCĐH)	Máy tiện CNC ECOCA SL-8 (Không dùng CCĐH)	Máy tiện CNC ECOCA SL-8 (Có dùng CCĐH)
Sai số vị trí mũi dao	Lớn (theo khe hở bàn dao)	$< 2,5\ \mu\text{m}$	$5 - 20\ \mu\text{m}$	$< 0,4\ \mu\text{m}$
Độ nhám bề mặt ($R_a$)	Thô hơn	$0,41\ \mu\text{m}$	Thô hơn	$0,25\ \mu\text{m}$
Nhiệt độ cắt	Cao hơn	Giảm đáng kể	Cao hơn	Giảm đáng kể
Khả năng đạt dung sai	Cần mài tinh bổ sung	Đạt kích thước trong 1 lần gá	Cần mài tinh bổ sung	Đạt kích thước trong 1 lần gá

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về mặt lý thuyết mô hình hóa, thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu kết hợp độ tin cậy, thuật toán điều khiển GA - PID và kết quả thực nghiệm cắt gọt; chỉ ra các hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học:

1. Xây dựng hoàn chỉnh hệ thống mô hình toán học giải tích xác định mối quan hệ giữa chuyển vị, độ cứng đầu vào - đầu ra, động học và động lực học cho 2 kết cấu ăn dao đàn hồi mới.
2. Đề xuất quy trình thiết kế tối ưu hóa đa mục tiêu 5 giai đoạn tích hợp giữa mô hình khâu cứng tương đương (PRBM), mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM trong ANSYS), giải thuật di truyền NSGA-II tiếp cận tập nghiệm Pareto, kết hợp phương pháp xác định trọng số Entropy và kỹ thuật xếp hạng TOPSIS để tìm phương án thiết kế tốt nhất.
3. Đề xuất giải thuật thiết kế tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy (RBDO) 3 giai đoạn kết hợp NSGA-II và phương pháp phân tích độ tin cậy bậc nhất FORM, cho phép đánh giá ảnh hưởng của sai số gia công kích thước hình học đến độ an toàn bền/ứng suất của cơ cấu đàn hồi.
4. Ứng dụng thành công thuật toán GA - PID trên phần mềm LabVIEW để điều khiển vòng kín vị trí chuyển vị vi mô của cơ cấu ăn dao dùng bộ kích động PZT, triệt tiêu ảnh hưởng của tính phi tuyến và độ trễ.

Các đóng góp mới về mặt thực tiễn:

1. Chế tạo thành công hệ thống cơ cấu ăn dao chính xác bằng vật liệu Al-7075 phù hợp với điều kiện chế tạo và sản xuất trong nước.
2. Ứng dụng tích hợp trực tiếp cơ cấu ăn dao lên bàn xe dao của máy tiện cơ MAQ CD6241X100 và máy tiện CNC ECOCA SL-8 để gia công tinh trục thép C45 ở chiều sâu cắt $5\ \mu\text{m}$.
3. Kết quả thực nghiệm chứng minh: Khi gắn trên máy tiện cơ, cơ cấu giúp kiểm soát sai số vị trí mũi dao nhỏ hơn $2,5\ \mu\text{m}$, độ nhám bề mặt đạt $R_a = 0,41\ \mu\text{m}$; khi gắn trên máy tiện CNC, sai số vị trí mũi dao nhỏ hơn $0,4\ \mu\text{m}$, độ nhám bề mặt đạt $R_a = 0,25\ \mu\text{m}$. Cả hai trường hợp đều ghi nhận sự sụt giảm nhiệt độ cắt rõ rệt, góp phần kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt.
4. Cho phép hoàn thiện kích thước chi tiết đạt độ chính xác cấp micron ngay trên máy tiện thông thường trong một lần gá đặt, loại bỏ sự phụ thuộc vào nguyên công mài hoàn thiện.

Kiến nghị và giải pháp:

• Ứng dụng cơ cấu ăn dao dùng CCĐH vào các dây chuyền gia công cơ khí nhằm nâng cấp các dòng máy tiện cơ và CNC hiện có mà không cần đầu tư mới toàn bộ hệ thống máy tiện siêu chính xác đắt tiền.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Nghiên cứu chỉ tập trung đánh giá và kiểm soát độ chính xác của cơ cấu ăn dao (theo phương chiều sâu cắt), chưa khảo sát đồng thời các yếu tố sai số khác của hệ thống công nghệ như độ đảo trục chính, biến dạng nhiệt toàn máy hoặc rung động cưỡng bức từ môi trường xưởng.
• Phạm vi thực nghiệm cắt gọt mới chỉ dừng lại ở vật liệu thép C45 tại chiều sâu cắt cố định $5\ \mu\text{m}$.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả đề xuất:

• Tiếp tục nghiên cứu mở rộng cơ cấu ăn dao cho nhiều bậc tự do (2 trục hoặc 3 trục) để ứng dụng gia công các bề mặt quang học phức tạp (thấu kính, bề mặt phi cầu).
• Ứng dụng các thuật toán điều khiển thích nghi, điều khiển trượt hoặc mạng nơ-ron để bù trừ sai số thời gian thực dưới tác động của lực cắt thay đổi ngẫu nhiên khi tiện các vật liệu có độ cứng cao hơn.
• Mở rộng khảo sát thực nghiệm trên nhiều loại vật liệu phôi khác nhau (hợp kim titan, thép hợp kim sau nhiệt luyện) và dải chế độ cắt đa dạng.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo cho:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Kỹ thuật Chế tạo máy và Cơ học tính toán.
• Các kỹ sư thiết kế máy công cụ, cơ cấu định vị vi mô/nano, hệ thống MEMS và thiết bị y sinh sử dụng cơ cấu đàn hồi.
• Các nhà quản lý kỹ thuật, cán bộ công nghệ tại các doanh nghiệp cơ khí đang tìm kiếm giải pháp nâng cao cấp chính xác gia công cho các dòng máy tiện thế hệ cũ.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu:

• Quy trình mô hình hóa giải tích khớp đàn hồi và cơ cấu khâu cứng tương đương (PRBM) tại Chương 2 và Chương 3.
• Phương pháp luận kết hợp NSGA-II với Entropy - TOPSIS và phương pháp độ tin cậy FORM trong tối ưu hóa kết cấu cơ khí chính xác tại Chương 3.
• Phương pháp ghép nối phần cứng NI myRIO, cảm biến laser Keyence và thuật toán GA - PID trong môi trường LabVIEW để điều khiển cơ cấu định vị áp điện tại Chương 4.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ cấu ăn dao của luận án sử dụng bộ kích động nào và được chế tạo bằng vật liệu gì? Cơ cấu ăn dao sử dụng bộ kích động áp điện PZT (Piezoelectric Actuator) và toàn bộ kết cấu đàn hồi nguyên khối được chế tạo từ vật liệu hợp kim nhôm Al-7075 bằng phương pháp gia công tia lửa điện cắt dây (WEDM).

2. Hai quy trình tối ưu hóa được tác giả đề xuất cho hai kiểu thiết kế cơ cấu là gì?

• Đối với thiết kế kiểu 1: Quy trình 5 giai đoạn gồm (1) Tối ưu hóa mô hình PRBM, (2) Chuyển đổi sang CCĐH, (3) Phân tích FEM trong ANSYS, (4) Tối ưu hóa đa mục tiêu bằng NSGA-II tìm tập Pareto, (5) Xác định trọng số Entropy và chọn nghiệm tốt nhất bằng TOPSIS.
• Đối với thiết kế kiểu 2: Quy trình 3 giai đoạn gồm (1) Tối ưu hóa mô hình PRBM và chuyển đổi CCĐH, (2) Tối ưu hóa đa mục tiêu bằng NSGA-II, (3) Phân tích tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy bằng phương pháp FORM.

3. Cơ cấu ăn dao được gắn thử nghiệm trên những dòng máy tiện cụ thể nào? Cơ cấu được lắp trực tiếp lên bàn dao của máy tiện cơ vạn năng MAQ CD6241X100 và máy tiện CNC ECOCA SL-8.

4. Kết quả thực nghiệm tiện thép C45 ở chiều sâu cắt $5\ \mu\text{m}$ đạt được độ chính xác và độ nhám bề mặt như thế nào?

• Trên máy tiện cơ MAQ CD6241X100: Sai số vị trí mũi dao nhỏ hơn $2,5\ \mu\text{m}$, độ nhám bề mặt đạt $R_a = 0,41\ \mu\text{m}$.
• Trên máy tiện CNC ECOCA SL-8: Sai số vị trí mũi dao nhỏ hơn $0,4\ \mu\text{m}$, độ nhám bề mặt đạt $R_a = 0,25\ \mu\text{m}$.

5. Luận án sử dụng phần mềm và giải thuật nào cho việc điều khiển vị trí vòng kín của cơ cấu ăn dao? Luận án sử dụng giải thuật GA - PID (thuật toán di truyền tối ưu hóa các tham số PID) được lập trình và thực thi trong môi trường phần mềm LabVIEW, kết nối giao tiếp qua card điều khiển NI myRIO 1900.

Kết luận

Luận án đã giải quyết bài toán nâng cao độ chính xác gia công tiện trục bằng cách nghiên cứu, thiết kế tối ưu, chế tạo và kiểm soát cơ cấu ăn dao vi mô sử dụng CCĐH kết hợp bộ kích động áp điện PZT. Đề tài đã xây dựng thành công hai mô hình thiết kế mới cùng các quy trình tối ưu hóa đa mục tiêu tích hợp TOPSIS và tối ưu hóa độ tin cậy FORM, giải quyết được bài toán cân bằng giữa tỷ số khuếch đại, độ cứng vững và tần số dao động riêng. Kết quả thực nghiệm trên thép C45 với máy tiện cơ MAQ CD6241X100 và máy tiện CNC ECOCA SL-8 khẳng định cơ cấu có khả năng kiểm soát sai số chiều sâu cắt ở mức dưới micromet và giảm đáng kể độ nhám bề mặt, mở ra khả năng hoàn thiện chi tiết chính xác trong một lần gá đặt mà không cần qua nguyên công mài.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Cơ cấu đần hồi 8 1. Các ưu điểm của khớp nối đàn hồi và cơ cấu đàn hồi 11 1.

Một số cơ cấu đàn hồi thông dụng 12 1. Các kết quả nghiên cứu trong nước. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước. 22 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Cơ sở lý thuyết và mô hình toán khớp đàn hồi. Mô hình toán khớp đàn hồi [2, 3] 38 2. Độ mềm và độ cứng của khớp đàn hồi [2] 40 2. Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method -FEM).

Cơ sở phương pháp tối ưu hoá [84]. Phân loại các bài toán tối ưu. Các phương pháp tối ưu thông dụng. Giải thuật di truyền sắp xếp không vượt trội II (NSGA – II).

Tối ưu hóa độ tin cậy 46 2. Phương pháp phân tích độ tin cậy bậc nhất FORM [88] 50 2. Thông số hình học của dụng cụ cắt ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt [89, 90]. 52 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HÓA CƠ CẤU ĂN DAO.

Mục tiêu thiết kế. Tiêu chí thiết kế. Cơ sở thiết kế. Thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 1.

Nguyên lý hoạt động 61 3. Phân tích độ khuếch đại chuyển vị giữa đầu vào và đầu ra của cơ cấu 63 3. Phân tích đông lực học của cơ cấu 65 3. Tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 1 68 3.

Tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng tương đương 68 3. Tối ưu hóa cơ cấu đàn hồi 70 3. Đánh giá thiết kế tối ưu 77 3. Thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 2.

Nguyên lý hoạt động 82 3. Phân tích khuếch đại của cơ cấu 83 3. Phân tích độ cứng theo phương pháp ma trận 84 xi 3. Phân tích động lực học của cơ cấu 87 3.

Tối ưu hóa cơ cấu ăn dao kiểu 2 92 3. Tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng tương đương 94 3. Tối ưu hóa cơ cấu đàn hồi dùng GA 95 3. Tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy 98 3.

Đánh giá thiết kế tối ưu 100 Chương 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU ĂN DAO. Thực nghiệm và điều khiển thiết kế kiểu 1. Kiểm tra tần số dao động tự nhiên. Thực nghiệm điều khiển vòng hở 108 4.

Thực nghiệm điều khiển vòng kín bằng GA - PID 111 4. Thực nghiệm và điều khiển thiết kế cơ cấu kiểu 2. Kiểm tra tần số dao động tự nhiên 117 4. Thực nghiệm điều khiển 117 4.

Kiểm tra độ cứng của cơ cấu 120 4. Thực nghiêm gia công. Thưc nghiệm điều khiển chính xác trên máy tiện 123 4. Thực nghiệm gia công đánh giá độ nhám và nhiệt cắt 127 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

Hướng phát triển. 144 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ. 144 xii DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT CCĐH: Cơ cấu đàn hồi FEM: Finite Element Method: Phần tử hữu hạn MEMS: MicroElectroMechanical Systems PZT: Piezo actuator BM: Bistable mechanism CFM: Constant force mechanism DAM: Displacement amplifiation mechanism FTS: Fast tool servo GA : Genetic Algorithm CCD: Central Composite Design DE: Differential evolution RSM: Response Surface Methodology NSGA-II: Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm –II FORM: First Order Reliability Method RBDO: Reliability Based Design Optimization SLDM: Single Loop Deterministic Method xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1. 1: Thông số các cơ cấu ăn dao dùng CCĐH đã được công bố.

1: Bài toán tối ưu hóa cơ cấu PRBM 69 Bảng 3. 2: Giá trị tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng của các biến thiết kế. 3: Bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu CCĐH. 4: Kết quả xếp hạng TOPSIS của các lựa chọn.

5: Kết quả tối ưu. 6: So sánh kết quả với các nghiên cứu trước. 7: Bài toán tối ưu hóa cơ cấu PRBM. 8: Giá trị tối ưu hóa cơ cấu khâu cứng của các biến thiết kế.

9: Bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu cơ cấu đàn hồi. 10: Kết quả tối ưu hóa. 11: Kết quả nghiên cứu của luận án so sánh với kết quả nghiên cứu trước. 1: Thông số của cảm biến lazer LK – G30.

2: Thông số của Card NI myRIO 1900. 3: Thông số của cảm biến nhiệt độ. 4: Thông số ký thuật của máy đo nhám SJ-210. 5: So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm.

6: So sánh kết quả với các nghiên cứu trước. 7: So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm. 8: So sánh kết quả với các nghiên cứu trước. 9: Các giá trị độ nhám 𝑅𝑚𝑎𝑥 với các tốc độ tiến dao khác nhau thu được từ phương trình (2.

10: Thông số công nghệ khi tiện [90]. 11: Thiết kế và kết quả thực nghiệm. 12: Thông số công nghệ khi tiện [90]. 13: Các mức cho yếu tố đầu vào khi thí nghiệm.

14: Thiết kế thí nghiệm theo bảng chuẩn của phương pháp Taguchi. 15: Thiết kế thí nghiệm bằng Taguchi và kết quả thí nghiệm. 132 xv DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1. 1: Một số cơ cấu cứng truyền thống (a) cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền, (b) cơ cấu kìm cộng lực [1].

2: Kìm cộng lực bằng CCĐH. 3: Dạng mặt cắt của một số loại khớp nối đàn hồi dạng đơn giản .4: Sơ đồ minh họa đặc điểm của khớp bản lề truyền thống .5: Khớp đàn hồi với cấu tạo nguyên khối [2] .6: Cơ cấu đàn hồi [1] .7: Cơ cấu dẫn động với độ phân giải micro [4]. 8: Cơ cấu khuếch đại dạng cầu. 9: Cơ cấu khuếch đại dạng cầu phức hợp.

10: Cơ cấu đàn hồi chuyển động thẳng. 11: Cơ cấu đàn hồi khuếch đại dạng 4 khâu. 12: Cơ cấu ăn dao dạng 2 bậc tự do. 13: Cơ cấu khuếch đại dạng đòn bẩy kép.

14: Cơ cấu khuếch đại dịch chuyển thẳng. 15: Hệ thống một bậc tự do ngăn rung động. 16: Cơ cấu đinh vị kết hợp kiểu cầu và đòn bẩy. 17: Cơ cấu khuếch đại dịch chuyển ba giai đoạn lai.18: Cơ cấu đàn hồi trong các sản phẩm MEMS [1] .19: Bộ phận chạy dao sử dụng CCĐH và cơ cấu chấp hành piezo [14, 15].

20: Kết quả mô phỏng cơ cấu [17]. 21: Khớp chân giả sử dụng CCĐH [19]. 22: Bàn chân giả bằng vật liệu POM (a) [20] và đăng ký sở hữu trí tuệ (b) [21]. 23: Mô hình CCĐH dùng làm cơ cấu ăn dao [35].

24: Kết cấu của dụng cụ cắt kim cương [36]. 25: Cơ cấu FTS: (1) piezoelectric actuator, (4) CCĐH, (9) dụng cụ cắt kim cương. 28: Mô hình cơ cấu ăn dao [58]. 29: Mô hình cơ cấu ăn dao [59].

30: Mô hình thiết kế cơ cấu [60]. 31: Mô hình thự nghiệm cơ cấu [61]. 32: Mô hình thực nghiệm gia công bề mặt vi mô[62]. 33: Cơ cấu ăn dao tạo chuyển vị 2 giai đoạn [63].

34: Mô hình gia công thấu kinh dùng cơ cấu ăn dao chính xác [64]. 35: Cơ cấu ăn dao có tích hợp đo lực [65]. 36: Tổng hợp các phương pháp thiết kế CCĐH [74]. 1: Mô hình tính toán của khớp đàn hồi.

2: Mô hình khảo sát chuyển động của khớp nối đàn hồi [2]. 3: Mô hình hóa khớp đàn hồi dưới dạng tổ hợp các lò xo. 4: Tiết diện khớp đàn hồi trong trường hợp tổng quát. 5: Cấu tạo của một khớp bản lề đàn hồi dạng cung tròn đối xứng.

6: Sơ đồ các phương pháp tối ưu. 7: Mô tả kết quả của một bài toán tối ưu hóa, với x* là lời giải tối ưu [87]. 8: Mô tả sự ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên lên kết quả tối ưu hoá [87]. 9: Mô tả kết quả của một bài toán tối ưu hóa dựa trên độ tin cậy, với x* là lời giải tối ưu [87].

10: Sự khác biệt của nghiệm bài toán tối khi chưa xét đến độ tin cậy và khi xét đến độ tin cậy [87]. 11: Điểm thiết kế MPP u* trong không gian vật lý và không gian chuẩn hóa [88]. 12: Hình dạng mũi dụng cụ cắt. 13: Dạng hình học độ nhám bề mặt (0 ≤ 𝑑 ≤ 𝑑𝐴).

14: Dạng hình học độ nhám bề mặt (𝑑𝐴 ≤ 𝑑 ≤ 𝑑𝐵). 1: Khớp bản lề đàn hồi. 2: Khớp tịnh tiến đàn hồi (Flexure prismatic joint)[3]. 3: Cơ cấu cách tay đòn.

4: Tích hợp cơ cấu ăn dao chính xác trên máy tiện. 5: Cơ cấu ăn dao chính xác dùng CCĐH. 6: Cơ cấu khâu cứng tương đương. 7: Lưu đồ thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu.

8: (a) bề rộng nhỏ nhất 𝑇1, (b) bề rộng nhỏ nhất 𝑇2, 𝑇3, (c) bề rộng nhỏ nhất 𝑇5, 𝑇6 với tần số tự nhiên. 9: (a) bề rộng nhỏ nhất 𝑇1, (b) bề rộng nhỏ nhất 𝑇2, 𝑇3, (c) bề rộng nhỏ nhất 𝑇5, 𝑇6với tỉ lệ khuếch đại. 10: Độ nhạy của các biến thiết kế với các hàm mục tiêu. 11: Đồ thị Pareto tối ưu.

12: Kết quả mô phỏng: (a) chuyển vị theo y, (b) chuyển vị theo x, (c) ứng suất, (d) tần số. 13: Kết quả mô phỏng chuyển vị, ứng suất. 14: Kiểm tra tần số tự nhiên đầu tiên. 15: Cơ cấu ăn dao chính xác dùng CCĐH.

16: Mô hình phân tích khuếch đại dựa vào vận tốc các điểm. 17: Mô hình phân tích ma trận mềm. 18: Hệ tọa độ của (a) khớp bán nguyệt và (b) mô hình tương đương của khớp. 19: Mô hình cơ cấu tương đương của CCĐH.

20: Lưu đồ thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu. 21: Độ nhạy của biến thiết kế so vơi hàm mục tiêu: (a) tần số; (b) hệ số khuếch đại chuyển vị; (c) ứng suất; (d) độ cứng input. 22: Đồ thị Pareto tối ưu độ tin cậy. 23: Kết quả mô phỏng: (a) chuyển vị theo y, (b) chuyển vị theo x, (c) ứng suất, (d) tần số.

24: Kết quả mô phỏng chuyển vị, ứng suất. 25: Kiểm tra tần số tự nhiên đầu tiên: (a): Mô phỏng; (b): Thực nghiệm. 1: Cảm biến lazer LK – G30 đo khoảng cách. 2: Card NI myRIO 1900.

3: Cảm biến nhiệt độ. 4: Máy đo độ nhám bề mặt SJ – 210, Mututoyo, Nhật Bản. 5: Chế tạo nguyên mẫu cơ cấu ăn dao chính xác kiểu 1. 6: Mô hình lắp đặt thí nghiệm điều khiển vòng hở và vòng kín.

7: Hình chụp mô hình thí nghiệm thực tế. 8: Kết quả đo chuyển vị PZT không tải. 9: Kết quả đo chuyển vị điều khiển vòng hở .