1
M ĐẦU
1-Tính cp thiết của đề tài lun án
Trong k thuật gia công khí thì năng suất, chất lượng giá
thành là các ch tiêu mang tính cht quyết định đến s tn ti ca sn
phm trên th trường. Ngày nay vic ng dng các máy CNC vào
trong k thut gia công góp phn h giá thành, nâng cao năng suất
độ chính xác gia công sn phẩm khí. Mt trong nhng sn phm
đó khuôn mu. Các b mt khuôn mu sau khi gia công thường là
sau nhit luyn phải qua công đoạn mài. Đối vi các b mt hình
dáng phc tạp như khuôn ép phun thì việc gia công mài không phi
đơn giản. Để gii quyết vấn đề này có th khc phục được bng cách
s dng dao phay cu trên trung tâm gia công CNC 5 trục để gia
công tinh b mt khuôn. Tuy nhiên quá trình ct bng dao phay cu
rt phc tạp vì lưỡi ct ca dao phay cầu được b trí trên mt cu nên
chế ct gt các v trí trên lưỡi ct khác nhau. Các v tđó
ph thuc vào góc nghiêng ca trc dao vi pháp tuyến ca b mt
chi tiết tại điểm cắt. Như vậy bài toán đặt ra xác định thông s
công ngh (góc nghiêng trc dao chế độ ct) tối ưu nhằm nâng
cao năng suất và cht lượng b mt gia công.
Do đó đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng ca góc nghiêng trc dao
chế độ cắt đến năng suất nhám b mt khi gia công mt cu
li trên trung tâm CNC 5 trc” là cn thiết và cp bách. Kết qu ca
đề tài làm tài liu cho nhà công ngh chn chế độ ct khi gia công
khuôn trên trung tâm gia công CNC 5 trc nhà khoa hc nghiên
cu v tối ưu hóa quá trình gia công cắt gt.
2. Mục đích và nội dung nghiên cu của đề tài
- Đánh giá mức độ ảnh hưởng ca các thông s công ngh đầu vào
(góc nghiêng trc dao θ, vn tc cắt V, lượng tiến dao S, chiu
sâu ct t) đến các thông s công ngh đầu ra (lc ct F, chiu cao
mòn dao hs, nhám b mt Rz năng suất gia công Q) khi gia
công trên trung tâm gia công CNC 5 trc.
- Xây dựng phương pháp để thiết lp gii bài toán tối ưu hóa đa
mc tiêu khi gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trc.
2
- Tối ưu hóa bộ thông s công ngh đầu vào (góc nghiêng trc dao
θ, vn tc cắt V, lượng tiến dao S, chiu sâu ct t) đến các thông
s công ngh đầu ra (lc ct F, chiu cao mòn dao hs, nhám b
mt Rz và năng suất gia công Q).
3. Đối tƣợng và phm vi nghiên cu
- Nghiên cu quá trình phay 5 trc ct vt liu SKD11 bng dao
phay cu.
- Nghiên cu quá trình gia công b mt 3D phc tp trên trung tâm
gia công CNC 5 trc bng dao phay cu.
- Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm đánh giá
mức độ ảnh hưởng ca các thông s công ngh đầu vào (góc
nghiêng trc dao θ, vn tc cắt V, lượng tiến dao S, chiu sâu ct
t) đến các thông s công ngh đầu ra (lc ct F, chiu cao mòn
dao hs, nhám b mt Rz năng suất gia công Q) bằng phương
pháp Taguchi.
- Nghiên cu trí tu nhân to và gii thut PSO.
- Nghiên cu tối ưu hóa đa mc tiêu.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cu lý thuyết vc hiện tượng xy ra trong quá trình gia
công phay.
- Phương pháp mô phng thc nghim.
- Phương pháp thực nghim.
5.Ý nghĩa khoa học và thc tin của đ tài
Ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu xác định mức độ ảnh hưởng ca các thông s công
ngh đầu vào (góc nghiêng trc dao θ, vn tc cắt V, lượng tiến
dao S, chiu sâu cắt t) đến các thông công ngh đầu ra (lc ct F,
chiu cao mòn dao hs, nhám b mt Rz năng suất gia công Q)
khi phay b mt chm cu bng dao phay cu trên trung tâm gia
công CNC 5 trc.
- Nghiên cu xây dng các nh toán hc gia các thông s
công ngh đầu vào (góc nghiêng trc dao θ, vn tc cắt V, lượng
tiến dao S, chiu sâu ct t) vi các thông s công ngh đầu ra (lc
ct F, chiu cao mòn dao hs, nhám b mt Rz năng suất gia
3
công Q) của phương pháp phay bằng dao phay cu trên trung tâm
gia công CNC 5 trc.
- Thiết lp hình bài toán tối ưu đa mục tiêu vi hai ch tiêu
năng suất gia công Q và nhám b mt Rz.
- Đề xut gii pháp nâng cao chất lượng gia công b mt 3D bng
phương pháp nghiêng trục dao khi gia công trên trung tâm gia
công CNC 5 trc bng dao phay cu.
Ý nghĩa thực tin
- Đưa ra bộ thông s công ngh tối ưu khi phay bề mt 3D trên
trung tâm gia công CNC 5 trc bng dao phay cu.
- Kết qu ca lun án làm tài liu tham kho cho nghiên cứu, đào
tạo và định hướng công ngh cho sn xut.
6. Đóng góp mới của đề tài nghiên cu
- Xác định được mức độ ảnh hưởng ca các thông s công ngh
đầu vào (góc nghiêng trục dao θ, vận tc cắt v, lượng tiến dao S
chiu sâu cắt t) đến các thông s đầu ra (lc ct F, chiu cao
mòn dao hs, nhám b mt Rz năng suất ct Q) khi phay bng
dao phay cu trên trung tâm gia công CNC 5 trc.
- Xây dựng được các hàm toán hc ca lc ct F, chiu cao mòn
dao hs, nhám b mt Rz năng suất ct Q theo các thông s công
ngh (góc nghiêng trục dao θ, vận tc cắt v, lượng tiến dao S
chiu sâu ct t) khi phay bng dao phay cu trên trung tâm gia
công CNC 5 trc.
- Xác định được bài toán tối ưu đa mục tiêu cho quá trình phay b
mt 3D trên trung tâm CNC 5 trc bng dao phay cu.
- Xác định được b thông s công ngh tối ưu trong điều kin
nghiên cu.
- Xây dựng được gii thut tối ưu PSO tìm miền tối ưu bằng
phương pháp Pareto.
7. Cu trúc ca lun án
Lun án gồm 4 chương, ni dung chính ca từng chương được tóm
tắt như sau:
Chương 1: Tng quan v phay b mt 3D trên trung tâm gia công
CNC 5 trc.
4
Chương 2: Mt s đặc trưng của quá trình phay b mt 3D trên
trung tâm gia công CNC 5 trc.
Chương 3: Xây dng mô hình toán hc bng thc nghim gia góc
nghiêng trc dao và chế độ ct vi các thông s đầu ra.
Chương 4: ng dng t tu nhân tạo đ xác định thông s công
ngh tối ưu khi phay bề mt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trc
bng dao phay cu.
NI DUNG CHÍNH CA LUN ÁN
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN V PHAY B MT 3D TRÊN
TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 5 TRC
1.1 Đặc điểm to hình trên trung tâm gia công CNC 5 trc
1.1.1 Cu hình ca trung tâm gia công CNC 5 trc
Trung tâm gia công phay dùng để gia công khuôn mẫu thường
cu hình t 3- 5 trc. Vic lp trình chuyển động được thc hin nh
các h thng lp trình chuyên dng chy trên máy tính. Nhược điểm
ln nht ca trung tâm gia công 3 trục phương ca trc dng c
luôn không đổi so vi bàn máy. Một khuynh hướng mi trong sn
xut dùng trung tâm gia công phay 5 trục điều khin CNC. Các
trung tâm gia công CNC 5 trục được phân loi theo v trí các trc
quay được thc hin. Cu hình có th là:
- Bàn máy mang phôi quay theo hai trc (kiu bàn quay)
- Trc chính mang dng c ct quay theo hai trc (kiểu đầu quay)
- Bàn máy thc hin quay theo 1 trc, trc chính thc hin quay
theo 1 trc (kiu kết hp giữa bàn quay và đầu quay).
1.1.2 Định hướng dng c trên trung tâm gia công
Góc nghiêng dao: là góc hp bi vector trục dao (hướng t đnh
dao đến chuôi dao) và vector pháp tuyến ca mt phng tiếp tuyến
vi b mt chi tiết gia công tại điểm ct.
Nếu vector trc dao nm trong mt phng cha vector pháp tuyến
ca mt phng tiếp tuyến vi b mt chi tiết vector tiếp tuyến ca
đường dng c tại điểm ct thì góc nghiêng dao được gi góc tiếp
dn
5
Nếu vector trc dao nm trong mt phng cha vector pháp tuyến
ca mt phng tiếp tuyến vi b mt chi tiết và vector vuông góc vi
tiếp tuyến của đường dng c tại điểm ct thì góc nghiêng dao được
gi là góc pháp dn
1.2 Dng c gia công b mt 3D trên trung tâm gia công CNC 5
trc
1.2.1 Kh năng cắt gt ca dao phay cu
Khi gia công các mặt phẳng và mặt trụ: dao đlại lượng dư
gia công lớn n khi sdụng dao phay ngón đầu phẳng với cùng
một giá trị bước dịch ngang.
Khi gia công các mặt chêm mặt cong: dao đlại lượng dư
gia công bé hơn khi sử dụng dao phay ngón đầu phẳng với ng
một giá trị bước dịch ngang. Do đó sử dụng dao phay ngón đầu
cầu để gia công tinh mặt chêm mặt cong tốt hơn dao phay
ngón đầu phẳng.
1.2.2 Thông s hình hc ca dao phay cu
Lưỡi cắt của dao phay cầu trải trên mặt trụ và mặt cầu ng
bán kính R
0
1.2.3 Phương trình lưỡi ct ca dao phay cu
f(x,y,z) = X Rcos Y (Rsin ) Rcos
=0 (1.8)
1.3Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.3.1Tình hình nghiên cứu trong nước
1.3.2Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Trên sở nghiên cu, tng hp các công trình nghiên cu
trong ngoài nước các tác gi đã nghiên cứu về khả năng công
nghệ cũng như chất lượng bề mặt khi gia công trên trung tâm gia
công CNC 5 trục. Khả năng tạo hình chất lượng bề mặt phụ
thuộc vào chế độ cắt (v, s, t) góc nghiêng trục dao. Tuy nhiên
các tác giả không nghiên cứu sự tương tác của các yếu tố đó đồng
thời, chưa đánh giá được mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố công
nghệ đó đến chất lượng đầu ra. Từ đó làm sở điều khiển thông
số công nghệ để đạt chất lượng đầu ra.
Do đó đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng trục dao
chế độ cắt đến năng suất nhám bề mặt khi gia công mặt cầu