Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay tóm tắt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ
ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH
HÌNH RÃNH TRÒN XOAY
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2018


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Toàn Thắng
PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường
Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Lý do lựa chọn đề tài luận án
Mài là một trong những phương pháp gia công tinh chiếm một vị trí quan trọng trong gia công
cơ khí. Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp gia công này là khả năng gia công được
những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao với độ chính xác và độ bóng bề mặt cao. Trong tổng
số các máy công cụ hiện đang sử dụng của ngành chế tạo máy nói chung thì máy mài chiếm tới 30%,
còn riêng trong ngành chế tạo ổ bi thì máy mài chiếm đến 60%. Đặc biệt mài định hình rãnh lăn tròn
xoay là một trong những nguyên công chính thường được áp dụng khi gia công chế tạo các chi tiết
vòng bạc ổ bi. Do đó, mài nói chung và mài định hình nói riêng là một trong những nguyên công
quan trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm.
Vì vậy, cho đến nay đã có nhiều các công trình nghiên cứu về mài được thực hiện bởi các nhà
khoa học ở các trường đại học, viện nghiên cứu và các doanh nghiệp trong nước cũng như trên thế
giới. Khi nghiên cứu về mài các nhà nghiên cứu tập trung giải quyết các vấn đề liên quan đến máy
mài, đá mài, chi tiết mài cũng như chế độ cắt khi mài, nhiệt cắt khi mài và dung dịch tưới nguội. Tuy
nhiên các nghiên cứu trước đây chủ yếu thực hiện nghiên cứu với trường hợp mài phẳng hoặc mài
tròn ngoài, mà chưa có nhiều những những nghiên cứu chuyên sâu đối với trường hợp mài định hình
rãnh tròn xoay. Trong khi mài định hình có những đặc điểm khác biệt so với các phương pháp mài
thông thường.
Khi thực hiện nguyên công mài định hình, do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi lớn nên
lực cắt và nhiệt cắt sinh ra từ quá trình này lớn hơn nhiều so với các phương pháp mài thông thường.
Cùng với đó là lực ma sát rất lớn giữa đá mài với phôi, giữa phoi và đá mài nên đá mài khi mài định
hình bị mòn liên tục và không đều trên các tiết diện khác nhau làm cho hình dạng và độ chính xác
ban đầu của đá mài rất nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch của bề mặt gia công. Sau một khoảng thời
gian gia công nhất định, khi đá mài bị mòn quá một giới hạn cho phép thì cần thực hiện quá trình sửa
đá. Việc sửa đá này nhằm khôi phục khả năng cắt và khôi phục lại hình dạng ban đầu của đá mài.
Tuy nhiên, vấn đề quan trọng ở đây là cần xác định được thời điểm sửa đá hợp lý. Điều này sẽ quyết

định đến chất lượng bề mặt của chi tiết mài và tuổi bền của đá mài. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả kinh
tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay thì cần phải đo được lượng mòn của đá mài,
đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt
của chi tiết mài, từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý. Đây cũng chính
là lý do mà đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề
mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay” đã được tôi lựa chọn làm đề tài luận án của mình.

2. Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
 Mục đích nghiên cứu:
Mục đích của đề tài luận án: Xây dựng được bài toán tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định được
chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý để đảm bảo năng suất và chất lượng bề mặt yêu

1


cầu của chi tiết mài, trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong
một chu trình là lớn nhất.
 Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình mài tinh định hình rãnh tròn xoay thực nghiệm
trên máy mài 3MK136B để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. Áp dụng hệ thống đo khí nén để đo
mòn đá nhằm phục vụ nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và
chất lượng bề mặt của chi tiết mài. Trên cơ sở đó, thực hiện xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời
điểm sửa đá hợp lý khi mài tinh định hình rãnh tròn xoay.
 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở kế thừa kết quả nghiên cứu của các công trình đã công bố ở
trong nước và ngoài nước, kết hợp thực nghiệm kiểm chứng trên máy mài định hình công nghiệp để
mài rãnh lăn vòng trong ổ bi nhằm tối ưu hóa chế độ công nghệ để đạt được chất lượng bề mặt của
chi tiết và năng suất mài trong khi độ mòn đá là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài được trong một chu
trình là lớn nhất.
 Phạm vi nghiên cứu

Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá
và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài
định hình đường lăn 3MK136B với loại đá mài có ký hiệu là 500x8x203WA100xLV60, vật liệu gia
công là thép ổ lăn SUJ2 có độ cứng sau khi nhiệt luyện bằng 60 ÷ 65 HRC.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
- Đề tài đã xây dựng được phương trình toán học đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công
nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng
trong ổ bi. Từ đó, xây dựng và giải được bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài tinh định
hình rãnh lăn vòng trong ổ bi trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B để vừa đảm bảo năng suất
gia công và chất lượng bề mặt của chi tiết mài trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số chi tiết
mài được trong một chu trình mài là lớn nhất.
- Đề tài đã xây dựng được hệ thống đo khí nén với phần mềm thu nhận xử lý tín hiệu đo để
giám sát trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài ướt
với độ phân giải 1µm trên cơ sở các điều kiện công nghệ gia công cơ khí trong nước. Hệ thống xác
định được trị số lượng mòn của đá mài tại hai vị trí khác nhau có chênh lệch mòn lớn nhất trên biên
dạng cung cong làm việc của đá mài định hình tròn xoay sau mỗi lần mài xong một chi tiết hoặc sau
mỗi lần sửa đá. Việc nghiên cứu ứng dụng thành công phương pháp đo này có ý nghĩa khoa học giúp
định hướng nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo chính xác trong nước.
Ý nghĩa thực tiễn
- Đưa ra được bộ thông số chế độ công nghệ tối ưu (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư
mài t, vận tốc của chi tiết Vct) và thời điểm sửa đá hợp lý (số chi tiết mài trong một chu trình Nct) để

2


góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi
6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B, đang được áp dụng trong sản xuất.
- Thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài

định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm. Từ đó có thể
so sánh giá trị lượng mòn này với lượng mòn giới hạn cho phép để đưa ra tín hiệu cảnh báo sửa đá
hợp lý hoặc hướng đến bù tự động lượng mòn của đá mài góp phần điều khiển tối ưu hóa quá trình
mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
- Kết quả của luận án làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, đào tạo và định hướng công nghệ
cho sản xuất.

4. Những đóng góp mới
- Xây dựng được các phương trình toán học thực nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu
tố công nghệ (lượng chạy dao hướng kính Shk, lượng dư mài t, vận tốc của chi tiết Vct, số chi tiết mài
trong một chu trình Nct) đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn khi mài
tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
- Tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy
mài định hình đường lăn nhằm đảm bảo năng suất gia công, độ chính xác chi tiết mài trong khi lượng
mòn đá là nhỏ nhất, số chi tiết mài được trong một chu trình mài là lớn nhất trên cơ sở ứng dụng giải
thuật di truyền.
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá
mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay trong điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm trên cơ sở các
điều kiện công nghệ gia công cơ khí tại Việt Nam. Xây dựng được đường đặc tính động của hệ đầu
đo khí nén trong quá trình mài định hình rãnh lăn tròn xoay để kiểm tra và đối chiếu kết quả đo, góp
phần đảm bảo độ chính xác của phép đo. Hệ thống xác định được lượng mòn của đá mài sau mỗi lần
sửa đá hoặc sau mỗi lần mài xong một chi tiết, giảm thiểu được ảnh hưởng tiêu cực của phoi mài và
dung dịch trơn nguội xuất hiện trong quá trình mài đến kết quả đo.

5. Bố cục của Luận án
Luận án được bố cục 4 chương, bao gồm
Chương 1: Tổng quan về mài định hình
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng
bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm

Chương 4: Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất
lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay

3


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÀI ĐỊNH HÌNH
1.1. Đặc điểm chung của quá trình mài định hình
Khi mài bằng phương pháp mài định hình, profin của mặt gia công và bề mặt làm việc của đá
mài trùng khớp nhau. Trong quá trình mài do chuyển động chạy dao hướng kính Shk mà đá ăn sâu
vào chi tiết kết hợp với chuyển động quay tròn của đá Nđ và chuyển động quay tròn của phôi Nct thực
hiện quá trình cắt gọt hết lượng dư cần gia công.
Cũng giống như các phương pháp mài thông thường khác, phương pháp mài định hình cũng có
một số đặc điểm tương tự. Tuy nhiên, ngoài những đặc điểm giống như các quá trình mài thông
thường khác ở trên thì khi mài định hình còn có những đặc tính riêng sau đây:
- Khi mài định hình do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi lớn, nên lực cắt và nhiệt cắt sinh
ra ở đây lớn hơn nhiều so với các phương pháp mài thông thường khác. Cùng với đó là lực ma sát rất
lớn giữa đá mài với phôi, giữa phoi và đá mài nên đá mài khi mài định hình đá bị mòn liên tục và
không đều trên các tiết diện khác nhau làm cho hình dạng và độ chính xác ban đầu của đá mài rất
nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch của bề mặt gia công. Do đó, sự mài mòn của đá mài ở đây sẽ ảnh
hưởng trực tiếp đến độ chính xác về kích thước, độ chính xác biên dạng của bề mặt chi tiết mài và độ
nhám bề mặt của chi tiết gia công. Vì vậy, trong quá trình mài định hình đá mài cần phải được sửa đá
thường xuyên. Độ chính xác đạt được của bề mặt gia công ở đây có liên quan mật thiết với việc sửa
đá trong quá trình mài.
- Khi mài định hình do nhiệt cắt và lực cắt trong vùng mài rất lớn nên thường phải sử dụng các
máy có độ cứng vững cao, công suất lớn. Đồng thời, dung dịch trơn nguội được cấp vào vùng mài
cần có lưu lượng đủ lớn với áp suất cao để giảm nhiệt độ tại vùng cắt, tránh cho chi tiết không bị biến
dạng nhiệt.

1.2. Các phương pháp mài định hình
- Dựa vào các chuyển động chính trong quá trình mài thì mài định hình thường được chia thành
4 phương pháp cơ bản sau: Mài định hình tròn xoay ngoài, mài định hình tròn xoay lỗ, mài định hình
quay tròn và mài định hình trên máy mài phẳng như thể hiện trên hình 1.6 [13].

a)

b)

c)

d)

Hình 1.6. Các chuyển động cắt của một số phương pháp mài định hình [13]
a. Mài định hình tròn ngoài
b. Mài định hình lỗ
c. Mài định hình trên máy mài phẳng
d. Mài định hình quay tròn

4


1.3. Các đại lượng đặc trưng của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay
Trên hình 1.6 ở mục 1.2 thể hiện các chuyển động chính cũng như các đại lượng đặc trưng của
một số phương pháp mài định hình quan trọng. Đây chính là các đại lượng thường dùng để so sánh
các sơ đồ mài định hình khác nhau, giải thích các kết quả của quá trình mài và đưa ra những đại lượng
điều chỉnh thích hợp. Qua đó nhận thấy với phương pháp mài định hình, các đại lượng đặc trưng này
bao gồm:
 Tốc độ cắt chính là tốc độ quay của đá mài (Vđá hay Vc).
 Tốc độ của chi tiết (Vct hay Vw).

 Lượng chạy dao hướng kính (Shk hay fr).
 Lượng dư mài hay chiều dày tác động (ae hay t).
 Chiều rộng ăn dao (ap).

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Mài là một trong những phương pháp gia công tinh quan trọng nhất. Hiện nay, trên thế giới có
rất nhiều nghiên cứu về mài. Các lĩnh vực nghiên cứu về mài rất đa dạng. Khi nghiên cứu về mài, các
nhà nghiên cứu tập trung giải quyết các vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chế độ cắt khi mài,
nhiệt cắt khi mài và dung dịch tưới nguội…Với điều kiện sản xuất cơ khí Việt Nam hiện nay, khi vốn
đầu tư cho sản xuất còn gặp nhiều khó khăn thì một trong những yêu cầu đặt ra là cần tìm ra giải pháp
để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong quá trình sản xuất trên cơ sở điều kiện kỹ thuật công nghệ
hiện có. Trong khi, với một hệ thống công nghệ được đầu tư nhất định thì chế độ cắt cùng với một số
yếu tố công nghệ khác là các yếu tố được điều khiển linh hoạt. Mặt khác, các yếu tố công nghệ có ảnh
hưởng nhiều đến chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của một số
yếu tố công nghệ chính đến chất lượng bề mặt của chi tiết để từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu
nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài sẽ là một trong hướng nghiên cứu phù hợp
và khả thi nhất với điều kiện sản xuất thực tế hiện nay ở Việt Nam. Vì vậy, trong luận án này xuất phát
từ yêu cầu thực tế, tác giả đã lựa chọn hướng nghiên cứu là xác định ảnh hưởng của một số yếu tố công
nghệ quan trọng đến chất lượng bề mặt của chi tiết mài.
Mặt khác, qua phân tích các nghiên cứu đã thực hiện cho thấy, hầu hết các công trình trước đây
đều được thực hiện trên máy mài phẳng, mày mài mài tròn ngoài, máy mài lỗ, máy mài vô tâm … mà
chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu được thực hiện trên máy mài định hình đặc biệt ở Việt
Nam. Ở đó vẫn tồn tại những vấn đề khó giải quyết. Một trong số đó là sự mài mòn của đá mài và sự
ảnh hưởng của mòn đá cũng như các thông số chế độ công nghệ đến tuổi bền của đá mài và chất lượng
của chi tiết gia công khi mài định hình. Đây là những vấn đề chưa được lý giải một cách khúc chiết,
cần được phân tích chi tiết hơn đặc biệt là yếu tố mòn của đá mài. Yếu tố này rất quan trọng, có ảnh
hưởng trực tiếp đến khả năng cắt của đá mài, cũng như năng suất, chất lượng và hiệu quả của toàn bộ
quá trình mài định hình [30]. Vì vậy, một trong những giải pháp cơ bản để nâng cao hiệu quả kinh tế
kỹ thuật của quá trình mài định hình là cần xác định được thời điểm sửa đá hợp lý [47]. Để đạt được
điều này, một trong những yêu cầu đặt ra là cần phải đo được lượng mòn của đá mài [29, 47].

Xuất phát từ những phân tích ở trên, trong luận án này một hệ thống đo khí nén dưới áp lực cao
sẽ được nghiên cứu thiết kế và chế tạo để đo lượng mòn của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay
trên cơ sở điều kiện kỹ thuật công nghệ hiện có ở Việt Nam. Mục tiêu của luận án là xây dựng một hệ
thống đo tự động trực tuyến lượng mòn của đá mài với độ phân giải 1 µm trong điều kiện mài ướt khi
mài định hình rãnh tròn xoay. Trên cơ sở này, luận án sẽ thực hiện đánh giá ảnh hưởng của một số
5


yếu tố công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài. Từ đó, hướng đến xác
định chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá hợp lý để tuổi bền của đá mài là lớn nhất mà vẫn đảm bảo
năng suất và chất lượng bề mặt yêu cầu của nguyên công mài định hình rãnh tròn xoay.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
1. Khi mài định hình rãnh tròn xoay thì đá mài bị mòn liên tục và không đều tại các điểm khác
nhau trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài. Sau một khoảng thời gian mài nhất định thì cần
phải tiến hành sửa đá vào thời điểm hợp lý để đảm bảo năng suất và độ chính xác gia công trong khi
tuổi bền của đá mài là lớn nhất. Muốn vậy, một trong những yêu cầu đặt ra là cần phải đo được lượng
mòn của đá mài.
2. Ứng dụng hệ thống đo khí nén dưới áp lực cao để giám sát trực tuyến lượng mòn của đá mài
khi mài định hình rãnh tròn xoay là một giải pháp đo hiệu quả phù hợp với điều kiện công nghệ hiện
có của Việt Nam. Đây là cơ sở quan trọng để tiến hành thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số
yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết, nhằm hướng đến xác định chế độ
công nghệ tối ưu và thời điểm sửa đá hợp lý khi mài định hình rãnh tròn xoay.
3. Nghiên cứu các đặc điểm của quá trình mài định hình, phân tích đánh giá những công trình
nghiên cứu đã được công bố của các tác giả trong và ngoài nước liên quan đến mài định hình rãnh
tròn xoay. Từ đó xác định được việc điều khiển một số yếu tố công nghệ quan trọng là giải pháp cơ
bản, hiệu quả để kiểm soát chất lượng, đảm bảo năng suất gia công và nâng cao tuổi bền của đá mài
khi mài định hình rãnh tròn xoay.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI
TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY
2.1. Tổng quan về mối quan hệ giữa các đại lượng trong quá trình mài
định hình rãnh tròn xoay

Hình 2.1 Mô hình tổng quát của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay [20]

6


Mài nói chung và mài định hình nói riêng là một quá trình rất phức tạp, kết quả của quá trình
phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sơ đồ hình 2.1 phân tích sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các đại lượng đầu
vào và thông số đầu ra khi mài định hình rãnh tròn xoay.
Từ mô hình trên nhận thấy, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình mài định hình bao
gồm đá mài, phôi mài, các thông số chế độ công nghệ cũng như ảnh hưởng của máy mài và môi trường
xung quanh … Các yếu tố đầu vào này chính là nguyên nhân gây nên những hiện tượng xảy ra trong
quá trình mài như lực cắt, rung động, biến dạng nhiệt, … Tất cả đều có những ảnh hưởng nhất định đến
kết quả đầu ra của quá trình mài định hình. Với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay là phương
pháp gia công tinh nên ngoài năng suất gia công thì mục tiêu được quan tâm nhiều nhất là mòn đá và
chất lượng bề mặt của chi tiết mài. Đây là các yếu tố quan trọng đặc trưng cho chất lượng của sản phẩm
và tuổi bền của đá mài, quyết định đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh tròn
xoay. Vì vậy, trong đề tài luận án sẽ thực hiện nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công
nghệ chính đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay.

2.2. Chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
2.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Để đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết rãnh tròn xoay sau khi mài định hình cần sử dụng nhiều
chỉ tiêu. Tuy nhiên, trong phạm vi đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu đánh giá hai chỉ tiêu quan trọng
nhất quyết định đến khả năng làm việc của chi tiết rãnh tròn xoay là độ nhám bề mặt và độ ô van của

chi tiết mài. Vì vậy, để đảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay ở
đây cần phân tích đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu công nghệ chính đến độ nhám bề mặt và
độ ô van của chi tiết mài.
2.2.2. Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định
hình rãnh tròn xoay
Trong quá trình mài định hình rãnh tròn xoay, độ nhám bề mặt của chi tiết bị ảnh hưởng bởi
một số yếu tố công nghệ chính sau đây:
- Ảnh hưởng của lượng chạy dao hướng kính
- Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết
- Ảnh hưởng của lượng dư mài
- Ảnh hưởng của số chi tiết mài (yếu tố đặc trưng cho thời gian mài).
2.2.3. Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ ô van của chi tiết khi mài định
hình rãnh tròn xoay
2.2.3.1. Phân tích ảnh hưởng của việc gá đặt và sai lệch hình dạng của phôi đến độ ô van của chi tiết
khi mài định hình rãnh tròn xoay
Xét với trường hợp các bề mặt gia công là bề mặt dạng rãnh tròn xoay như rãnh lăn vòng bạc
ổ bi. Với dạng bề mặt gia công này, một trong các phương pháp gia công tinh phổ biến hiện nay là
phương pháp mài định hình vô tâm. Khi mài định hình vô tâm, phôi gia công thường được gá trên
hai giá đỡ cố định như trường hợp mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi (hình 2.6). Khi đó, nhận
thấy sai lệch độ tròn nói chung và độ ô van nói riêng của chi tiết khi mài định hình vô tâm trên hai
giá đỡ cố định phụ thuộc vào quỹ đạo chuyển động của tâm phôi gia công và độ ổn định trong chuyển
động quay của phôi. Trong đó, quỹ đạo chuyển động của tâm phôi gia công phụ thuộc vào góc gá đặt
7


hai giá đỡ và sai lệch hình dạng ban đầu của phôi. Với góc gá đặt tối ưu của hai giá đỡ là β = 1200 và
 = 500 thì quá trình mài sẽ sửa được nhiều nhất sai lệch hình dạng ban đầu của phôi [55].

Hình 2.6. Sơ đồ gá đặt khi mài vô tâm với bước tiến ngang [56]

2.2.3.2. Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ khác đến độ ô van của đường kính đáy
rãnh lăn
Trong quá trình mài định hình vô tâm rãnh tròn xoay, bên cạnh ảnh hưởng của quá trình gá đặt và
sai lệch hình dạng của phôi, sai lệch độ tròn của chi tiết cũng chịu ảnh hưởng độ cứng vững của hệ thống
công nghệ, lực cắt và chế độ cắt. Nhận thấy, khi tăng lượng chay dao hướng kính hay giảm vận tốc của
chi tiết thì giá trị chiều sâu cắt cho một vòng quay sẽ tăng. Đồng thời, đường xoắn – được tạo nên đo
phối hợp của chuyển động chạy dao hướng kính với chuyển động quay của chi tiết – cũng sẽ tăng. Vì
vậy, khi tăng lượng chạy dao hướng kính và giảm vận tốc của chi tiết mài thì sự phân bố không đồng
đều về lượng dư theo chu vi bề mặt chi tiết mài sẽ tăng, dẫn đến sai lệch độ tròn của bề mặt chi tiết mài
sẽ tăng theo [13].
Ngoài ra, sai lệch độ tròn nói chung và độ ô van nói riêng của chi tiết khi mài định hình vô tâm
trên 2 giá đỡ cố định cũng phụ thuộc vào lượng dư mài và độ lêch tâm e giữa tâm quay của phôi và tâm
cực từ. nhận thấy khi lượng dư mài (t) tăng thì độ ô van và độ méo 3 cạnh của chi tiết mài sẽ tăng.
Đặc biệt, khi điều chỉnh độ lệch tâm e với Δy = Δz = 0,4 mm thì độ ô van và độ méo 3 cạnh của chi
tiết mài sẽ nhỏ hơn so với khi điều chỉnh độ lệch tâm e với Δy = Δz = 0,3 mm [55].
Đặc biệt, đối với trường hợp mài định hình vô tâm trên hai giá đỡ cố định thì sai lệch độ tròn
của chi tiết mài sẽ không phụ thuộc vào số lượng chi tiết mài hay thời gian mài [55].
Nhận xét: Với trường hợp mài định hình vô tâm trên hai giá đỡ cố định thì độ ô van của chi
tiết phụ thuộc vào góc gá đặt hai giá đỡ, sai lệch hình dạng của phôi, khoảng lệch tâm e giữa tâm phôi
với tâm cực từ, lượng dư mài, vận tốc của chi tiết và lượng chạy dao hướng kính. Trong các công
trình nghiên cứu trước đây đã nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng lệch tâm e, góc gá đặt hai giá đỡ,
sai lệch hình dạng của phôi đến độ chính xác sai lệch hình dạng của chi tiết nói chung và độ ô van
của chi tiết nói riêng. Trong các tài liệu [55, 56] đã nghiên cứu và chỉ ra được trị số khoảng lệch tâm
e, góc gá đặt hai giá đỡ (β, ) tối ưu, nhưng chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu được thực
hiện để đánh giá ảnh hưởng của chế độ mài đến độ ô van của chi tiết đặc biệt ở Việt Nam. Vì vậy,
trong phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án sẽ chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố
công nghệ chính đến độ ô van của chi tiết khi mài định hình vô tâm rãnh lăn vòng bạc trong của ô bi,
bao gồm:
- Lượng chạy dao hướng kính (Shk)
- Vận tốc chi tiết (Vct)

8


- Lượng dư mài (t)

2.3. Mòn đá và tuổi bền của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay
Về bản chất, mòn đá là quá trình thay đổi hình dạng, kích thước và khả năng cắt ban đầu của
đá mài. Hiện tượng mòn đá khi mài định hình sẽ làm tăng sai lệch hình dạng ban đầu và giảm khả
năng cắt gọt của đá, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công của chi tiết
mài. Do đó, việc xác định được lượng mòn của đá và quy luật mòn của đá khi mài định hình là rất
quan trọng. Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả trước đây đã chỉ rõ, quan hệ giữa lượng mòn cơ học
của đá mài (sự giảm đường kính hay thể tích của đá) và thời gian làm việc có dạng đường cong mòn
truyền thống [6, 20, 22]. Do đó, lượng mòn của đá mài sẽ tăng dần theo thời gian mài. Vì vậy, sau
một khoảng thời gian mài nhất định, khi độ mòn của đá mài định hình vượt quá một giới hạn cho
phép thì cần phải tiến hành sửa đá (cưỡng bức) để để phục hồi lại khả năng cắt gọt và độ chính xác
hình học ban đầu của đá mài. Tuy nhiên vấn đề quan trọng là cần xác định được đúng thời điểm sửa
đá hợp lý để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình. Vì vậy, một yêu cầu đặt
ra trong quá trình mài định hình là cần xác định được đúng thời điểm sửa đá. Muốn vậy cần phải đo
được lượng mòn của đá mài khi mài định hình.
Quá trình mòn của đá mài là một quá trình cơ, lý, hóa rất phức tạp. Chúng phụ thuộc vào tất
cả các điều kiện khi gia công như: Các thông số kỹ thuật của đá mài, tính chất cơ lý của vật liệu gia
công, chế độ công nghệ khi mài ... Mòn đá không những chịu tác động của các thông số đầu vào
mà còn chịu tác động của các yếu tố xảy ra ngay trong quá trình mài như lực cắt, nhiệt cắt, rung
động và dung dịch bôi trơn làm mát [3]. Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án,
với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay sẽ chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu
tố công nghệ chính đến mòn đá như sau:
- Ảnh hưởng của số chi tiết mài (yếu tố đặc trưng cho thời gian mài)
- Ảnh hưởng của lượng chạy dao hướng kính
- Ảnh hưởng của vận tốc chi tiết
- Ảnh hưởng của lượng dư mài

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
1. Để đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết rãnh tròn xoay sau khi mài định hình cần sử dụng
nhiều chỉ tiêu khác nhau. Tuy nhiên, hai chỉ tiêu quan trọng nhất quyết định đến tuổi thọ và khả năng
làm việc của chi tiết rãnh tròn xoay là độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài. Vì vậy, để đảm
bảo chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay cần phân tích đánh giá được ảnh
hưởng của một số yếu công nghệ chính đến độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài.
2. Với trường hợp mài định hình vô tâm trên các giá đỡ cố định thì sai lệch độ tròn nói chung
và độ ô van nói riêng của chi tiết phụ thuộc vào các góc gá đặt hai giá đỡ (α, β, ), sai lệch hình dạng
ban đầu của phôi, lượng chạy dao hướng kính, vận tốc của chi tiết và lượng dư mài. Tuy nhiên, yếu
tố thời gian mài không ảnh hưởng đến độ ô van của chi tiết khi mài định hình vô tâm trên các giá đỡ
cố định.
3. Với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay thì các yếu tố công nghệ chính ảnh hưởng đến
mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết mài bao gồm: Lượng chạy dao hướng kính, vận tốc
của chi tiết, lượng dư mài và thời gian mài (trong trường hợp cụ thể trên các máy mài định hình rãnh
9


tròn xoay chuyên dụng như máy 3MK136B thì yếu tố này là số chi tiết mài trong một chu trình tuổi
bền của đá mài). Cơ sở lý thuyết ở trên sẽ định hướng cho các vấn đề nghiên cứu thực nghiệm, là
thông tin tiên nghiệm để thiết kế thực nghiệm và xây dựng bài toán tối ưu.

CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
3.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm
Các đại lượng nhiễu:
- Rung động
Các đại lượng đầu
vào:
- Lượng chạy hướng

kính khi mài tinh: Shk
- Vận tốc chi tiết: Vct

- Nhiệt độ môi trường …
Các đại lượng đầu
ra:
QUÁ TRÌNH MÀI ĐỊNH
HÌNH RÃNH LĂN VÒNG
TRONG Ổ BI 6208

- Chiều sâu cắt khi mài
tinh: ttinh
- Số chi tiết mài trong
một chu trình: Nct

Các đại lượng cố định:

- Lượng mòn của đá
mài: Hzi
- Độ nhám bề mặt rãnh
lăn: Ra
- Độ ô van của đường
kính đáy rãnh lăn: Oct

- Thiết bị gia công
- Đá mài
- Phôi mài
- Vận tốc cắt: Vđá
- Chế độ cắt khi mài thô …
Hình 3.1. Sơ đồ thực nghiệm

3.2. Điều kiện thực nghiệm
3.2.1. Máy mài định hình
- Thực nghiệm được thực hiện trên máy mài định hình đường lăn vòng trong ổ bi 3MK136B.
3.2.2. Phôi thực nghiệm
Thực nghiệm được tiến hành để mài tinh rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
3.2.3. Đá mài
Thực nghiệm được tiến hành trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B với loại đá mài có
ký hiệu là 500x8x203A/WA100xLV60.

3.3. Các thiết bị đo
- Thiết bị đo độ nhám: Độ nhám bề mặt chi tiết được đo bằng máy đo độ nhám SJ400

10


- Thiết bị đo độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn: Trong thí nghiệm sử dụng thiết bị kiểm tra
vị trí và đường kính rãnh lăn vòng trong ổ bi cầu kiểu D022 của Trung Quốc.
Nhận xét: Để thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của 4 thông số chế độ công nghệ (Shk, Vct, t, Nct)
đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208
cần 3 loại thiết bị đo khác nhau. Với thiết bị đo độ nhám bề mặt và thiết bị đo độ ô van của chi tiết thì
luôn có sẵn trên thị trường. Tuy nhiên, với thiết bị đo mòn đá thì cho đến nay chưa có bất kỳ một sản
phẩm nào được thương mại hóa trên thị trường. Vì vậy, để thực hiện mục tiêu đặt ra của đề tài thì cần
phải thực hiện tính toán, thiết kế và chế tạo một thiết bị đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng
trong ổ bi 6208.

3.4. Thiết kế, chế tạo hệ thống đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình
rãnh lăn vòng trong ổ bi
3.4.1. Nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đo khí nén

Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đầu đo khí nén

Hình 3.8 thể hiện nguyên lý của phương pháp đo này. Khí nén từ máy nén khí qua van điều áp
chính xác tạo ra áp suất nguồn P không đổi để đến đầu đo và được thổi liên tục theo phương vuông góc
vào bề mặt cần đo (bề mặt đá mài). Trên đường khí đi qua đặt hai cản trở có đường kính lỗ lần lượt bằng
d1, d2. Khi đó, nhận thấy nếu P, d1 và d2 là cố định thì áp suất p trong buồng đo sẽ là một hàm số của khe
hở z giữa đầu đo d2 và bề mặt chi tiết cần đo. Vì vậy, nếu xác định được hàm mối quan hệ giữa áp suất
p trong buồng đo với khe hở z thì thông qua việc đo sự thay đổi của áp suất trong buồng đo p nhờ cảm
biến áp suất sẽ xác định được sự thay đổi của khe hở z (tức đo được lượng mòn hướng kính của đá
mài). Muốn vậy, cần xây dựng được phương trình đường đặc tính của hệ thống đo khí nén. Để xây dựng
phương trình đường đặc tính của hệ thống đo khí nén, ở đây áp dụng phương pháp điện khí tương đương
[15, 24]. Khi đó nhận thấy với trường hợp z < d2/4, nếu giữ nguyên P, d1, d2 không đổi trong suốt quá
trình đo thì ta có:
p

Với:

a

P
1  a2  z 2

(3.10)

4  d2
d12
11


3.4.2. Tính toán thiết kế hệ đầu đo khi nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay

Để lựa chọn được các bộ thông số d1 và d2 hợp lý
với mong muốn đầu đo có độ phân giải 1 µm hoặc nhỏ
hơn 1 µm, ở đây tác giả sẽ đưa ra một số các bộ thông
số d1 và d2 khác nhau. Sau đó, áp dụng các cơ sở lý
thuyết đã xây dựng ở phần trước để xác định phương
trình đặc tính, độ nhạy hay tỷ số truyền và khoảng làm
việc của hệ đầu đo ứng với từng bộ thông số d1 và d2
khác nhau.Trên cơ sở đó sẽ thực hiện phân tích để lựa
chọn ra bộ thông số d1 và d2 hợp lý. Qua đó nhận thấy,
hệ đo khí nén ứng với d1 = 0,85; d2 = 1,5 thì miền làm
việc tuyến tính của hệ đo bằng 48µm; tỉ số truyền i 
0,02 bar/µm. Với hệ đo khí nén có d1 = 0,65 và d2 = 1,6
thì miền làm việc tuyến tính của hệ đo bằng 26,4 µm; tỉ
số truyền i  0,04 bar/µm. Do đó đây là những hệ đo
vừa đảm bảo có tỉ số truyền đủ lớn lại vừa đảm bảo có
khoảng đo phù hợp để vừa đảm bảo dễ dàng điều chỉnh
đầu đo vào trong miền đo tốt vừa đảm bảo được độ
chính xác yêu cầu khi đo độ mòn của đá.

2

9

3

8

4

Đường khí đi

vào hệ đầu đo
Đường khí ra

5

cảm biến áp suất

6

7

Đường khí thổi

Đặc biệt, trong phương án thiết kế ở đây thì đột thắt
d1 và đầu đo d2 được nối với nhau thông qua một chi tiết
trung gian (chi tiết bạc ba lỗ) như thể hiện trên hình 3.15.
Với phương án trên, khi muốn thay đổi khoảng cách của
đầu đo d2 với bề mặt đá mài (khe hở z) sẽ thực hiện điều
chỉnh như sau:

10

ra bề mặt đá

Từ đó, trên cơ sở các hệ thống đo khí nén được phát
triển trước đây trong tài liệu [3, 47, 51], luận án đã đưa
ra phương án thiết kế hệ thống đo khí nén để đo mòn đá
khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay như sau: Đột thắt d1
được chế tạo bằng đồng đỏ. Đầu thổi khí d2 được chế
tạo bằng thép ШХ15.

11

1

ÐÁ MÀI
Hình 3.15. Kết cấu của hệ đo khí nén

1. Panme 0:25; 2. Chốt tỳ; 3. Bạc đỡ; 4.
Trục trung gian; 5. Đột thắt d1; 6. Bạc đỡ
hệ đầu đo; 7. Đầu thổi d2; 8. Lò xo; 9.
Then; 10. Bulong M5; 11. Bạc bắt panme

- Khi muốn giảm khoảng cách khe hở Z sẽ thực hiện vặn đuôi panme số 1 để trục của panme
số 1 đi xuống. Lúc này trục đuôi panme số 1 sẽ thúc vào chốt tỳ 2, chốt tỳ 2 sẽ đẩy trục trung gian
số 4 đi xuống. Khi đó, do có ăn khớp ren nên khi trục trung gian đi xuống sẽ kéo theo bạc 3 lỗ số
6, đột thắt d1 số 5, đầu đo d2 số 7 sẽ đi xuống đúng bằng khoảng cách dịch chuyển của đuôi panme
số 1.
- Khi muốn tăng khoảng cách khe hở Z sẽ thực hiện vặn đuôi panme số 1 theo chiều ngược lại
để trục của đuôi panme dịch chuyển đi lên. Khi đó, sẽ có khoảng khe hở giữa đầu trục của đuôi panme
và chốt tì 2, nhờ có lực đẩy của lò xo nén 8 sẽ đẩy toàn bộ các chi tiết được ăn khớp ren với nhau bao
gồm đầu d2 số 7, bạc đỡ 6, đột thắt d1 số 5, trục 4, chốt tỳ 2 dịch chuyển lên trên một khoảng cách
đúng bằng khoảng dịch chuyển của đuôi panme 1.

12


Tuy nhiên, do khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay đá mài sẽ bị mòn liên tục và không đều tại
các điểm khác nhau trên biên dạng bề mặt cung cong làm việc của đá mài. Vì vậy, để đánh giá được
lượng mòn của đá mài khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay ở đây cần sử dụng hai hệ đo khí nén để

đo mòn đồng thời tại hai điểm có lượng chênh lệnh mòn lớn nhất.
3.4.3. Xây dựng đường đặc tính động của hệ thống đo khí nén
Từ bảng kết quả thực nghiệm xây dựng được về mối tương quan giữa áp suất p của buồng đo
với khe hở z ở phần trước, áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bình phương cực tiểu với
dạng phương trình mối quan hệ đã xây dựng được ở phần trước sẽ xác định được phương trình và
đường đặc tính động của hệ thống đầu đo như sau:
Hệ đo khí nén đo mòn ở đỉnh biên dạng cung cong của đá mài có phạm vi đo là 200 μm (từ 50
μm đến 250 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,79 bar đến 3,10 bar), tỷ số truyền của đầu đo
imax = 0,02 bar/μm với hàm truyền là:
p

3,54
1  5, 4613 1004  z 2

(3.21)

Trong khi, hệ đo khí nén đo mòn ở mép biên dạng cung cong của đá mài có phạm vi đo là 140
μm (từ 20 μm đến 160 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,61 bar đến 3,26 bar), tỷ số truyền imax
= 0,03 bar/μm với hàm truyền là:
p

3,54
1  1,8655 1004  z 2

(3.22)

Áp suất buồng đo (Bar)

3.4.4. Đặc điểm của dòng khí nén xung quanh một viên đá mài đang quay khi mài định hình rãnh
lăn vòng trong ổ bi

Chuyển động chạy
dao hướng kính

Thời gian gia công (s)

Hình 3.21. Hình ảnh mô tả dòng
khí chảy xung quanh một viên đá
mài đang quay [33]

Hình 3.22. Sự thay đổi áp suất của buồng đo
trong quá trình mài một chi tiết

Theo tài liệu [31, 33] thì một viên đá mài khi đang quay ở tốc độ cao sẽ mang theo một lớp không
khí trên bề mặt do ma sát của bề mặt đá mài với lớp không khí như thể hiện trên hình 3.21. Đồng thời,
luồng không khí này sẽ hướng ra phía ngoài bởi lực ly tâm. Sự thay đổi của dòng khí gây ra bởi chuyển
động quay của đá mài dẫn đến sự thay đổi diện tích chảy của dòng khí thổi từ đầu đo d2 của hệ đầu đo
vào bề mặt làm việc của đá mài ra môi trường xung quanh. Do đó, điều này dẫn đến sự thay đổi áp suất
trong buồng đo. Hình 3.22 thể hiện sự thay đổi của áp suất buồng đo trong quá trình mài một chi tiết ứng
với mỗi giai đoạn chuyển động chạy dao hướng kính của bàn ụ vật. Từ đó nhận thấy, tại thời điểm khi
13


bàn máy mang phôi ở vị trí gốc ban đầu (ứng với giai đoạn 8) thì áp suất p trong buồng đo là ổn định nhất
tương ứng với vị trí mà áp suất p có giá trị nhỏ nhất trong quá trình mài một chi tiết.
3.4.5. Giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo để đo trực tuyến độ mòn của đá mài khi mài định
hình rãnh lăn vòng trong ổ bi
3.4.5.1. Các bộ phận phần cứng trong hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu đo
- Cảm biến áp suất SEU-31
- Bộ ADS1256 được sử dụng làm bộ ADC ngoài.

- Vi xử lý STM32F4
3.4.5.2. Các chương trình phần mềm trong hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu đo
- Phần mềm điều khiển cho vi xử lý: Phần mềm lập trình cho vi điều khiển được sử dụng ở đây
là phần mềm Keil C.
- Phần mềm giao diện: Hệ thống phần mềm giao diện cho hệ thống đo ở đây được viết và lập
trình bằng cách sử dụng phần mềm Matlab. Hệ thống này có chức năng tạo giao diện hiển thị, tính
toán và lưu trữ dữ liệu.
3.4.5.3. Giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo từ cảm biến áp suất
Để xác định trị số áp suất ứng với một giá trị điện áp analog bất kỳ của cảm biến được chính
xác, ở đây tác giả áp dụng phương pháp nội suy (theo từng đoạn giá trị thực nghiệm) từ bộ giá trị
các điểm thực nghiệm.
3.4.5.4. Thuật toán thu nhận và xử lý dữ liệu đo
Hệ thống phần mềm giao diện cho hệ thống đo ở đây được viết và lập trình bằng cách sử dụng
phần mềm Matlab.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
1. Căn cứ vào mục tiêu nghiên cứu đã xây dựng được sơ đồ hệ thống thí nghiệm và xác định
được các biến đầu vào cần điều khiển. Hệ thống trang thiết bị thí nghiệm, đặc biệt hệ thống đo khí
nén xây dựng ở đây sẽ được sử dụng trong việc nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một
số yếu tố công nghệ đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh lăn
vòng trong ổ bi. Từ đó hướng đến xác định chế độ cắt hợp lý vừa đảm bảo được năng suất gia công
và chất lượng bề mặt yêu cầu của chi tiết mài trong khi lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số lượng
chi tiết mài được là lớn nhất.
2. Áp dụng phương pháp điện khí tương đương đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo được hệ thống
đo khí nén, đưa ra được giải pháp xây dựng đường đặc tính động của hai hệ đầu đo để đo mòn tại hai
vị trí trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài. Với các thông số kết cấu của hệ đo được thiết kế
cho hệ đầu đo thứ nhất đặt tại đỉnh viên đá là d1 = 0,85 và d2 = 1,5 và cho hệ đo thứ hai đặt tại mép
biên dạng cung cong làm việc của đá mài là d1 = 0,65 và d2 = 1,6. Hệ đầu đo thứ nhất có dải đo từ 50
μm đến 250 μm tương ứng với áp suất buồng đo từ 0,79 bar đến 3,10 bar, tỷ số truyền của đầu đo imax
= 0,02 bar/μm và phương trình đặc tính động (hàm truyền) là:

p

3,54
1  5, 4613 104  z 2

14


Đối với hệ đầu đo thứ hai có phạm vi đo từ 20 μm đến 160 μm tương ứng với áp suất buồng đo
từ 0,61 bar đến 3,26 bar, tỷ số truyền imax = 0,03 bar/μm và phương trình đặc tính động (hàm truyền)
là:
p

3,54
1  1,8655 104  z 2

3. Xây dựng được giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo của hệ thống đo khí nén để thực hiện
việc giám sát trực tuyến lượng mòn của đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi. Đặc biệt,
trên cơ sở phân tích đặc điểm của dòng khí xung quanh một viên đá mài đang quay và sơ đồ nguyên
lý làm việc của máy mài đã lựa chọn được thời điểm hợp lý để xác định lượng mòn hướng kính của
đá mài, nhằm giảm thiểu các sai số của phép đo. Đó chính là thời điểm bàn ụ vật ở vị trí gốc phôi, kết
thúc quá trình mài một chi tiết và chuẩn bị cho quá trình mài chi tiết kế tiếp.

CHƯƠNG 4
THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU
TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA
CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY
4.1. Xác định phương pháp tiến hành thực nghiệm
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đặt ra nhận thấy cần thực hiện 03 thực nghiệm sau:
- Thực nghiệm 01: Đây là thực nghiệm nhằm mục đích kiểm chứng khả năng làm việc của hệ

thống trang thiết bị thí nghiệm đã được xây dựng trong chương 3, đặc biệt là hệ thống đo khí nén. Từ
đó, xác định vị trí có giá trị lượng mòn lớn nhất trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài. Đồng
thời, xác định vị trí có trị số độ nhám bề mặt lớn nhất trên biên dạng rãnh lăn của chi tiết vòng trong
ổ bi 6208.
- Thực nghiệm 02: Đây là thực nghiệm thăm dò nhằm xây dựng sơ đồ phân bố độ ô van, độ nhám
bề mặt của chi tiết và mòn đá theo số chi tiết mài tại ba chế độ công nghệ khác nhau. Trên cơ sở đó,
tiến hành phân tích và dự báo xu hướng ảnh hưởng của bốn yếu tố chế độ công nghệ (lượng chạy dao
hướng kính Shk, vận tốc của chi tiết Vct, lượng dư mài t, số chi tiết mài trong một chu trình Nct) đến
mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208.
- Thực nghiệm 03: Đây là thực nghiệm nhằm xác định các phương trình toán học thể hiện mối
quan hệ giữa mòn đá (Hz), độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết (Ra), độ ô van của đường kính đáy
rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 với bốn yếu tố công nghệ quan trọng (Shk, Vct, t, Nct).

4.2. Thực nghiệm kiểm chứng khả năng làm việc của hệ thống thí nghiệm
4.2.1. Trình tự các bước tiến hành thí nghiệm
Sau khi đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm như đã tính toán thiết kế trong chương 3, cần tiến
hành thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết ở trên và đánh giá khả năng làm việc của hệ thống trang thiết
bị thí nghiệm. Từ đó, cần phân tích so sánh số liệu đo mòn ở các điểm khác nhau trên biên dạng cung
cong làm việc của đá mài, nhằm xác định được điểm có lượng mòn lớn hơn. Đồng thời, cần so sánh số
liệu đo độ nhám bề mặt ở các vị trí khác nhau trên biên dạng rãnh lăn của chi tiết vòng trong ổ bi 6208,
nhằm xác định được vị trí có trị số độ nhám bề mặt lớn nhất để làm cơ sở cho việc thực hiện thực nghiệm
số 02 và thực nghiệm số 03.
15


Quá trình thực nghiệm được thực hiện trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B để mài
rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208. Các thiết bị trong thí nghiệm được ghép nối theo sơ đồ hình 4.1.
30

Air supply

Air
compressor

29

27

28

01
26

23
02
Mitutoyo

25

0.001

03
04

22
24

21

18

M

0.0

01

13

10

Z

05

it u
toy
o

06
07
Rd

20
08

19

11
09

12

10
AC-220V

Pressure
Sensor

Pressure
Sensor

DC-12V

6. Đầu đo đứng
15

14

13

20. Đầu đo nghiêng

A D

Amplifier

16

A D

Amplifier

18

17

a

Processor

Computer

)
a)

Interface RS 232

c)

Hình 4.1. Sơ đồ, hình ảnh và đồ họa 3D của hệ thống đo khí nén trong thí nghiệm để đo trực tuyến lượng
mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208

a) Sơ đồ của hệ thống thí nghiệm
b) Đồ họa 3D của hệ thống thí nghiệm
c) Hình ảnh thực tế của hệ thống đo khí nén trong thí nghiệm
4.2.2. Kết quả thực nghiệm
16


Sau khi tiến hành thí nghiệm mài 30 chi tiết thu được kết quả như trong bảng kết quả thực nghiệm

ở phụ lục 4 và kết quả đo mòn như ở hình 4.2. Từ đó, nhận thấy trong cùng một chu trình mài thì lượng
mòn của đá mài có xu hướng giảm từ chi tiết mài thứ nhất đến chi tiết mài thứ 30. Đá mài bị mòn nhanh
hơn ở các chi tiết đầu tiên của chu trình mài (ứng với chi tiết mài thứ 1 và thứ 2) khi vừa mới thực hiện
sửa đá. Theo thời gian mài, thì tốc độ mòn của đá mài sẽ giảm dần. Đồng thời kết quả đo phản ánh đúng
quy luật mài mòn của đá mài. Đặc biệt, từ các đồ thị trên cũng nhận thấy trên biên dạng cung cong làm
việc của đá mài, ở những điểm khác nhau thì đá mòn sẽ không giống nhau tức đá mòn không đều. Lượng
mòn ở mép biên dạng cung cong làm việc của đá mài sẽ lớn hơn lượng mòn ở đỉnh biên dạng cung cong
làm việc của đá mài. Ngoài ra, từ kết quả thực nghiệm đo độ nhám bề mặt rãnh lăn cũng nhận thấy độ
nhám bề mặt ở mép biên dạng rãnh lăn lớn hơn so với độ nhám bề mặt ở đáy biên dạng rãnh lăn.

Hình 4.2. Giao diện phần mềm sau khi mài xong 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh
của biên dạng cung cong đá mài

4.3. Thực nghiệm thăm dò đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công
nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết
Để lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng trong các mô hình hồi quy thực nghiệm thường căn cứ vào
thông tin tiên nghiệm và kết quả nghiên cứu lý thuyết. Tuy nhiên, đây mới là những thông tin mang tính
định hướng ban đầu. Do đó, sau các bước ở trên cần thực hiện thí nghiệm thăm dò để kiểm chứng cơ sở
lý thuyết đã đưa ra trước khi thực hiện thí nghiệm toàn diện nhằm xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm
được chính xác. Các thông số đầu vào trong thực nghiệm thăm dò này được lựa chọn thông qua các thí
nghiệm cơ sở và tra sổ tay công nghệ chế tạo máy [7]. Từ đó lựa chọn được ba bộ thông số chế độ công
nghệ khác nhau như thể hiện trong bảng 4.1.
Bảng 4.1. Ba bộ thông số chế độ công nghệ được sử dụng trong thí nghiệm thăm dò

Bộ thông số
chế độ công
nghệ thứ nhất
Bộ thông số chế
độ công nghệ
thứ hai

Bộ thông số chế
độ công nghệ
thứ ba

Shk tinh
(m/s)

Vct
(m/ph)

ttinh
(m)

Nct
(Chiếc)

Vđá
(m/s)

Shk thô
(m/s)

tthô
(m)

12,5

12

15

30

60

30

120

12,5

12

10

30

60

30

120

5

18

20

30

60

30

120

17


Khi đó, trên cơ sở bản vẽ yêu cầu kỹ thuật của nguyên công mài và ứng dụng phần mềm Matlab
sẽ xây dựng được đồ thị thể hiện sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo
số chi tiết mài ứng với từng bộ thông số chế độ công nghệ.
Độ chính xác của chi tiết
và lượng mòn đá (µm)

Thời điểm cần tiến hành sửa đá để
đảm bảo độ chính xác gia công do
tại thời điểm này Ract12 = Rayc = 0,5

Hzgiới hạn = 9,6

Số chi tiết

Hình 4.9. Sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài ứng với bộ
thông số chế độ công nghệ thứ nhất

Chú thích hình 4.9:
+ O: Độ ôvan của đường kính đáy rãnh lăn
* Ra: Nhám bề mặt ở mép biên dạng rãnh lăn

x Hz: Lượng mòn ở mép biên dạng đá mài
(Tất cả các trị số ở đây được thể hiện trên đồ thị với tỷ lệ xích bằng 1, trừ trị số Ra được thể hiện trên
đồ thị với tỉ lệ xích bằng 10).
Nhận xét: Bằng việc sử dụng phương pháp biểu đồ tọa độ điểm, trong thực nghiệm này đã xác
định được sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài ứng với
ba bộ thông số chế độ công nghệ khác nhau. Từ đó xác định được các thông số chế độ công nghệ (Shk,
Vct, t, Nct) ảnh hưởng đến mòn đá, độ nhám bề măt, độ ô van của chi tiết. Tuy nhiên, yếu tố số chi tiết
mài trong một chu trình (Nct) thì không ảnh hưởng đến độ ô van của chi tiết. Trên cơ sở đó lượng mòn
giới hạn kinh tế của đá mài ứng với mỗi chế độ công nghệ khảo sát đã được xác định. Đây sẽ là cơ sở
để xây dựng bài toán quy hoạch thực nghiệm xác định mô hình toán học đánh giá ảnh hưởng của chế
độ công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi.

4.4. Thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với mòn
đá và chất lượng bề mặt của chi tiết
Trên cơ sở các kết quả thu được từ thực nghiệm thăm dò, phần này sẽ thực hiện thực nghiệm
toàn phần để xác định phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa 4 yếu tố chế độ công nghệ
(lượng chạy dao hướng kính khi mài tinh, chiều sâu cắt khi mài tinh, vận tốc chi tiết, số chi tiết mài
trong một chu trình) với 3 thông số đầu ra là lượng mòn đá mài, nhám bề mặt chi tiết mài và độ ô van
của đường kính đáy rãnh lăn.
Các thiết bị trong thí nghiệm được ghép nối theo sơ đồ hình 4.1. Quá trình thực nghiệm được
thực hiện trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B để mài rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208, với
18


dải các thông số chế độ công nghệ khi thí nghiệm như thể hiện trong bảng 4.2. Cơ sở để lựa chọn
dải thông số chế độ công nghệ trên là xuất phát từ khảo sát thực tế tại một số công ty chế tạo vòng bi
như Công ty cổ phần Cơ khí Phổ Yên … kết hợp với tra sổ tay công nghệ chế tạo máy [7].
Bảng 4.2. Các mức thí nghiệm và khoảng thay đổi các thông số

Yếu tố

Shk (µm/s)
Vct (m/ph)
t (µm)
Nct (Chiếc)

Mức dưới
(1)
5
6
10
10

Các mức thí nghiệm
Mức cơ sở (2)
12,5
12
15
20

Mức trên
(3)
20
18
20
30

Khoảng biến
thiên
7,5
6

5
10

Ngoài ra, để tăng độ chính xác cho hàm hồi quy thực nghiệm, với 4 yếu tố đầu vào trong đó mỗi yếu tố
có 3 mức thay đổi, ở đây sẽ lựa chọn bảng ma trận thí nghiệm trực giao toàn phần L81(34) tức sẽ có 81 thí nghiệm
được thực hiện như thể hiện trong bảng 4.3 và phụ lục 8, phụ lục 9. Với 3 yếu tố đầu vào trong đó mỗi yếu tố
có 3 mức thay đổi, ở đây sẽ lựa chọn bảng ma trận thí nghiệm trực giao toàn phần L27(33) tức sẽ có 27 thí nghiệm
được thực hiện như thể hiện trong phụ lục 10. Mỗi thí nghiệm tương ứng với một tổ hợp. Ví dụ: S1V1t2N1
nghĩa là Shk = 5, Vct = 6, t = 15, Nct = 10.
Trên cơ sở đó ứng dụng phần mềm Matlab, xác định được hàm toán học thể hiện mối quan hệ giữa
4 thông số chế độ công nghệ (Shk, Vct, t, Nct) đối với các yếu tố đầu ra là lượng mòn đá, độ ô van của
đường kính đáy rãnh lăn và nhám bề mặt rãnh lăn theo phương pháp hồi quy thực nghiệm như sau:
- Hàm lượng mòn của đá mài:
(4.7)

Hz  2,1688  S hk0,0965  Vct0,0657  t 0,0557  N ct0,3772

- Hàm độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết:
(4.22)

0,1224
Ra  0,163  S hk
 Vct0,10002  t 0,1005  N ct0,1194

- Hàm độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn của chi tiết:
(4.29)

0,19996
O  1,4498  S hk
 Vct-0,1127  t 0,1966

4.5. Ứng dụng giải thuật di truyền để xác định chế độ công nghệ tối ưu
và thời điểm sửa đá hợp lý
4.5.1. Xây dựng bài toán tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208
Tối ưu hóa quá trình cắt gọt thực chất là xác định chế độ công nghệ tối ưu cho một nguyên công
của một phương pháp gia công cụ thể. Bài toán tối ưu thường được xây dựng theo các bước như sơ
đồ hình 4.20.
Bước 1: Xác định hàm mục tiêu

Bước 3: Mô hình hóa bài toán

f(x) = [f1(x), f2(x), …fn(x)]

min/max {f(x): h(x)=0, g(x) ≤ 0
… với x є Rn}

Bước 2: Xác định điều kiện biên
hi(x) = 0, i = 1, 2, 3, …p;
gj(x) = 0, j = 1, 2, 3, …m; …

Phương pháp giải

Thông số
đầu ra tối
ưu (Vct, Shk,
t, …)

Hình 4.20. Sơ đồ các bước xây dựng bài toán tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 [11]

19

Trong sản xuất luôn mong muốn tuổi bền của đá mài phải là lớn nhất tức lượng mòn tổng của đá
mài phải là nhỏ nhất, số chi tiết mài được trong một chu trình mài là nhiều nhất (tức số lần sửa đá là ít
nhất) mà vẫn đảm bảo được năng suất và độ chính xác yêu cầu của chi tiết gia công. Vì vậy, ở đây lựa
chọn hàm thích nghi hay hàm mục tiêu chính là hàm lượng mòn của đá mài và số chi tiết mài trong một
chu trình. Với mục tiêu lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất trong khi số chi tiết mài trong một chu trình
là lớn nhất. Trong khi các ràng buộc ở đây bao gồm ràng buộc hàm và ràng buộc biến. Ràng buộc hàm
xét trong bài toán này bao gồm các ràng buộc hàm về năng suất của quá trình mài và độ chính xác gia
công. Các biến ràng buộc là các thông số chế độ công nghệ. Trên cơ sở tra sổ tay công nghệ chế tạo
máy, tham khảo thực tiễn sản xuất và thông số kỹ thuật của máy mài định hình 3MK136B thì điều kiện
ràng buộc biến của bài toán tối ưu ở đây như sau:
5 ≤ Shk ≤ 20
6 ≤ Vct ≤ 18
10 ≤ t ≤ 20
Ngoài ra, trên cơ sở yêu cầu năng suất mài và yêu cầu kỹ thuật của nguyên công mài tinh rãnh lăn
vòng trong ổ bi 6208 nhận thấy điều kiện ràng buộc hàm của bài toán tối ưu ở đây như sau:
Ra ≤ 0.5 (µm)
O ≤ 3 (µm)
Q ≥ 0,264 (g/ph)
Vì vậy, trên cơ sở kết quả thực nghiệm ở mục 4.4 nhận thấy bài toán tối ưu khi mài định hình
rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài 3MK136B ở đây cụ thể như sau:
Tìm trong không gian thông số chế độ mài x = [X1, X2, X3, X4]T = [Shk, Vct, t, Nct]T bộ thông số
công nghệ hợp lý để:
f(x) = [-Nct(x), Hz(x)] → min
Với 6 điều kiện biên:
0,1219
 Rai  0,161  S 0,1224  n 0,1015  t 0,1008  N cti
 0,5


0,2365
-0,1115
0,1752
0,0429
n
t
 N cti  3
Oi  1,2339  S

Q  0,1637  S 0,0912  t 0,1012  0, 267

5  Shk  20
6  V  18
ct


10  t  20

(4.35)

4.5.2. Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy
mài 3MK136B
4.5.2.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu
Về bản chất, bài toán tối ưu có thể được xem như bài toán tìm kiếm giải pháp tốt nhất trong
không gian vô cùng lớn các giải pháp. Khi không gian tìm kiếm nhỏ thì các phương án tối ưu hóa
truyền thống có thể thích hợp để giải (như phương pháp tính trực tiếp, phương pháp đồ thị, phương
pháp Lagrange .v.v.) [18]. Tuy nhiên các phương pháp tối ưu truyền thống thì không phù hợp với
miền phổ rộng, nó không hiệu quả khi khoảng khảo sát quá rộng [18]. Các thuật toán xây dựng trên
cơ sở các phương pháp này thì không đủ mạnh với số rằng buộc lớn và số bước tối ưu quá phức tạp.
20

Đã có nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau nhằm giải quyết các loại bài toán này, song gần đây
việc ứng dụng các giải thuật di truyền (GA-Genetic Algorithm) đã bắt đầu cho thấy được ưu điểm
nổi bật [4]. Đây chính là lý do mà ở đây đã lựa chọn ứng dụng giải thuật di truyền để xác định chế độ
cắt hợp lý khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình 3MK136B.
4.5.2.2. Ứng dụng giải thuật di truyền để xác định chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá hợp lý khi
mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208
Sơ đồ khối giải bài toán tối ưu hóa chế độ cắt và
thời điểm sửa đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong
ổ bi 6208 ứng dụng giải thuật di truyền được thể hiện
như trên hình 4.21.
Trong sơ đồ hình 4.21, quần thể ban đầu là các
thông số đầu vào của quá trình, xét trong bài toán này
bao gồm bốn thông số chế độ cắt (Shk, Vct, t, Ni).
Các ràng buộc bao gồm ràng buộc hàm và ràng
buộc biến. Theo (4.35), trong bài toán tối ưu này có 6
điều kiện ràng buộc (6 điều kiên biên).
Hàm độ mòn của đá mài Hzi và hàm số chi tiết mài
trong một chu trình Nct là các hàm đơn mục tiêu. Hàm
thích nghi f(x) chính là hàm đa mục tiêu, là hàm của các Hình 4.21. Sơ đồ khối giải bài toán tối ưu chế
hàm đơn mục tiêu ở trên.
độ công nghệ khi mài định hình ứng dụng giải
f(x) = [-Nct(x), Hz(x)] → min

thuật di truyền [18]

Theo phương pháp trọng số [18] thì có thể xây dựng được hàm đa mục tiêu ở đây như sau:
f (x) = 1  Hz - 2  Nct

(4.36)

→ f (x) = 0,5  Hz – 0,5  Nct
Như vậy, yêu cầu của bài toán tối ưu ở đây cụ thể như sau:

(4.37)

- Cực tiểu hóa hàm mục tiêu:
f(x) = 0,5  Hz – 0,5  Nct
Trong đó:
Hz = 2,1221  Shk  Vct
- Với các điều kiện ràng buộc:
0,097

0,0662

 t 0,0561  N ct0,3818

 Ra  0.163  S hk  Vct  t 0.1005  N ct0.1194  0.5

-0.1127
0.19996
O  1.4498  S hk
 Vct  t 0.1966  3

Q  0.1616  S 0.0973  t 0.1004  0.264
hk

5  Shk  20


6  Vct  18

10  t  20
0.1224

0.10002

Thực hiện tuyến tính hóa bằng cách logarit hóa 2 vế của các phương trình và bất phương trình
ở trên và đặt: LnShk = X1; LnVct = X2; Lnt = X3; LnNi = X4
Khi đó bài toán lúc này trở thành:
21


- Cực tiểu hóa hàm mục tiêu:
f(x) = (0,3871 + 0,0483X1 + 0,0329X2 + 0,0279X3 – 0,3114X4)
- Với các điều kiện ràng buộc:

(4.38)

 L n 0,163 +0,1224X 1  0,10002 X 2  0,1005 X 3  0,1194 X 4  Ln0,5
Ln1,4498 +0,19996X  0,1127 X  0,1966 X  Ln3
1
2
3


Ln0,1616+0,0973X 1  0,1004 X 3  Ln0, 264

 Ln5  X 1  Ln20
 Ln6  X 2  Ln18



 Ln10  X 3  Ln20

(4.39)

Để tối ưu hóa chế độ công nghệ bằng GA với mục tiêu hàm lượng mòn của đá mài Hz là nhỏ nhất
trong khi số chi tiết mài là lớn nhất tức hàm f(x) là nhỏ nhất, ở đây thực hiện lập trình trực tiếp trên
phần mềm Matlab. Tiến hành chạy chương trình, sau một số lần chạy ta thu được kết quả như sau:
Bảng 4.3. Kết quả chạy chương trình xác định chế độ công nghệ tối ưu bằng GA

Biến số

Shk
(µm/s)

Vct
(m/ph)

t
(µm)

Nct
(chiếc)

Hz
(µm)

Ra
(µm)

O
(µm)

Q
(g/ph)

Lần chạy 1

7,07

9,39

19,95

19

10,9

0,497

2,999

0,264

Lần chạy 2

7,05

9,39

19,99

19

10,9

0,497

2,999

0,264

Trung bình

7,06

9,39

19,97

19

10,9

0,497

2,999

0,264

Tiến hành kiểm tra bằng thực nghiệm với các thông số đầu vào như trên tức tiến hành mài với
chế độ công nghệ: Vđá = 60 m/s; Shk thô = 30 µm/s; tthô = 120 m; Shk tinh = 7,06 µm/s, Vct = 9,39
m/ph, ttinh = 19,97 µm và Nct = 19 chi tiết. Qua đó nhận thấy sai số giữa kết quả tối ưu với thực tế
nhỏ hơn 6%. Nguyên nhân gây ra sai số trên là do ở đây vẫn tồn tại sai số đo và sai số ngẫu nhiên.
Ngoài ra, khi thiết lập các phương trình hồi quy thực nghiệm theo phương pháp bình phương nhỏ
nhất luôn có sai số giữa giá trị tính toán và giá trị thực nghiệm.

4.6. Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài vào thực tiễn sản xuất
4.6.1. Thiết kế hệ thống giám sát độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn tròn xoay
Căn cứ vào định hướng về mô hình giám sát mòn đá và nhám bề mặt, nhu cầu GSTT quá trình,
trên cơ sở tham khảo các hệ GSTT và ĐKTN đã công bố, sơ đồ cấu trúc tổng quát của một hệ thống
GSTT, tác giả đề xuất cấu trúc cho hệ GSTT mòn đá và nhám bề mặt của chi tiết dưới dạng sơ đồ
chức năng như trong hình 4.27.

Hình 4.27. Mô hình GSTT mòn đá và nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi [22]

22


Trong mô hình được đề xuất cho trường hợp này, hệ thống có thể thực hiện 2 nhiệm vụ: (1)
hiển thị lượng mòn của đá mài và độ nhám bề mặt của chi tiết mài, (2) cảnh báo on-line giới hạn sửa
đá theo ngưỡng lượng mòn giới hạn hay độ nhám bề mặt yêu cầu của nguyên công mài. Trong đó,
thực hiện giám sát độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết Ra thông qua giá trị lượng mòn đo được
trong quá trình mài dựa trên mối quan hệ giữa hai đại lượng này khi các thông số còn lại là đã biết
và cố định trong suốt quá trình gia công.
4.6.2. Thực nghiệm đánh giá khả năng giám sát độ nhám bề mặt chi tiết của hệ thống

10.9

Hình 4.30. Giao diện phần mềm sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của
biên dạng cung cong đá mài

Quá trình thực nghiệm được thực hiện trên máy mài định hình đường lăn vòng trong ổ bi 6208
được thiết lập như hình 4.1. Tiến hành thực nghiệm mài 30 chi tiết vòng trong 6208, với chế độ mài
tối ưu đã xác định ở trên. Kết quả được xuất ra 1 file txt và 1 file ảnh thể hiện đồ thị áp suất theo thời
gian mài, đồ thị lượng mòn theo số chi tiết mài, đồ thị nhám bề mặt chi tiết theo số chi tiết mài, giá
trị lượng mòn và nhám bề mặt chi tiết được tính toán sau mỗi lần mài xong một chi tiết như trong
giao diện phần mềm thể hiện trên hình 4.30.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
1. Bằng thực nghiệm đã xây dựng được phương trình toán học thể hiện mối quan hệ thực nghiệm
giữa 4 thông số chế độ công nghệ (lượng chạy dao hướng kính khi mài tinh, chiều sâu cắt khi mài tinh,
vận tốc của chi tiết, số chi tiết mài trong một chu trình) với độ nhám bề mặt rãnh lăn của chi tiết Ra, độ
ô van của đường kính đáy rãnh lăn O và lượng mòn của đá mài Hz.
2. Trên cơ sở ứng dụng giải thuật di truyền xác định được bộ thông số chế độ cắt tối ưu khi mài
định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 như sau:
Shk tinh = 7,06 (µm/s); Vct = 9,39 (m/ph); ttinh = 19,97 (µm) và Nct = 19 (chi tiết)
Khi thực hiện mài với bộ thông số chế độ công nghệ ở trên sẽ đảm bảo được độ chính xác chi
tiết và năng suất trong quá trình gia công trong khi lượng mòn đá là nhỏ nhất, số lượng chi tiết mài
được là lớn nhất (tức số lần sửa đá là ít nhất). Điều này cho phép các nhà sản xuất xác định và cài đặt
được các thông số công nghệ tối ưu với tổ hợp nhiều thông số đầu ra nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế
kỹ thuật của quá trình mài.
23